基于非线性有限元的网套补偿器轴向刚度特性及计算方法研究

网套补偿器在航天管路系统中广泛使用,补偿器的轴向刚度是其基本力学参数,然而其复杂的微结构特征使得轴向刚度呈现强烈的非线性。为实现对网套补偿器轴向拉伸全过程的仿真计算,从钢丝网套入手,基于钢丝的螺旋梁模型,分析了轴向长度、螺旋角及网套直径对轴向刚度的影响,结果表明轴向长度和螺旋角将显著影响轴向刚度;分析了边界条件的影响,结果表明在计算轴向刚度时固定边界与约束径向位移的循环边界可以互换。结合网套刚度分析的结论,提出了基于接触关系的子网套刚度分析方法,解释了拉伸时轴向刚度非线性变化原因,进一步建立了2/N波纹管-螺旋梁复合模型以及2/N单波-单锭螺旋梁复合模型用于不同刚度阶段的有限元计算。算例结果表明,仿真获得的力-位移曲线与试验曲线一致性较好,高刚度阶段的轴向刚度误差为3.40%。     

结构强度与刚度的统计特性

为开展结构可靠性分析、评估或设计，对各类结构部件的静力试验数据进行分析，以列表形式给出了各类结构的强度和刚度的统计特性。     

基于变刚度变阻尼的柔性喷管动态模型

针对柔性接头动态迟滞曲线受控制系统控制位置精度和动态响应速度影响较大的问题,基于电液伺服机构和柔性接头变刚度变阻尼模型,构建了柔性喷管的电液伺服机构-变刚度变阻尼模型,将其和电液伺服机构-定刚度定阻尼模型进行了对比。分析了电液伺服机构主要参数、柔性接头工作参数等对电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的影响。分析结果表明:电液伺服机构-变刚度变阻尼模型所构造的迟滞曲线可更准确地与实验结果相吻合,并符合迟滞曲线随频率变化的规律,反馈系数、放大器静态放大系数、电液伺服机构增益、滑阀流量增益等参数对系统动态特性的影响更为明显。该模型为固体火箭发动机电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的调整提供理论依据。     

包带式星箭连接结构轴向刚度研究

包带锁紧装置广泛用于卫星和运载火箭之间的连接。在发射过程中,它起到连接星箭和传递载荷的作用,合理地确定包带连接结构的强度和刚度对卫星的成功发射至关重要。给出包带连接结构轴向刚度与包带结构参数、预紧力以及轴向拉力之间的关系,提高包带连接结构刚度预测的精确性。首先对包带连接结构各组件的受力情况进行分析;根据各组件受力特点,应用弹性力学理论推导了一定轴向拉力范围内包带连接结构的变形及刚度的解析表达式;最后,针对某型包带锁紧装置与有限元仿真结果进行对比,验证了分析方法和解析表达式的正确性。
     

基于超梁降阶模型的蒙皮加筋圆柱壳频率分析

在基于梁平截面假设的复杂结构动力模型降阶方法基础上,文章提出了建立梁超单元和超梁降阶模型的方法。通过对比考虑剪切变形的Timoshenko梁单元刚度阵,给出了梁超单元刚度矩阵的修正方法,提高了超梁降阶模型的计算精度。以蒙皮加筋圆柱壳为例,对比了超梁降阶模型与几种等效梁模型的频率分析结果。结果表明,超梁降阶模型建立方法灵活简单,具有较高的计算精度,能够为火箭结构动特性分析提供参考。     

电磁阀滑动副的设计参数灵敏度分析与可靠性研究

分析了电磁阀的组成和功能,给出了电磁阀的4个典型任务剖面,并由此分析对阀门可靠性产生重要影响的功能结构。用设计参数灵敏度分析法研究了导致阀芯-壳体滑动副卡死的直接原因,认为问题的核心在于多余物导致摩擦力大幅度增加。因此消除滑动副的疲劳磨损和粘着磨损是提高可靠性的关键。用质量功能配置方法找出了与滑动副相关的零件和结构,在灵敏度分析的基础上建立了结构要素的设计思路和原则,研究了螺管式电磁阀的滑动副结构对空间推进系统的适用性,并给出了滑动副结构要素的加工方法和对应的工序质量控制点。     

重型越野车车架扭转刚度分析

通过对六种不同类型车架的有限元计算，分析了车架各结构参数对车架扭转刚度的影响，根据计算结果剖析了对开口和闭口截面梁车架，其车架宽度对车架扭转刚度的不同影响，为今后车架扭转刚度改进指出了方向。     

Bush有限单元原理及其在航天器结构建模中的应用

利用大量的数值计算确定了MSC.NASTRAN软件中广义弹簧单元（Bush）刚度阵的解析表达式,通过对比Bush元与剪切梁元的刚度阵,推导了Bush元参数与剪切梁刚度参数的对应关系,并利用展开状态的太阳翼结构和大型桁架结构的静力和动力分析验证了推导结果。该研究揭示了Bush有限单元的原理和所有输入参数的物理含义,有助于Bush元在结构有限元分析中的准确使用。     

高分三号卫星聚束SAR误差补偿成像处理技术研究

从高分三号(GF-3)卫星滑动聚束成像模型和回波信号特性出发,针对滑动聚束米级高分辨率SAR聚焦对回波信号误差敏感的特点,重点对滑动聚束高分辨率成像处理算法进行了深入研究,在此基础上提出了一种结合内定标信号幅相误差补偿的滑动聚束高分辨率去斜频率变标(DCS)成像处理算法,给出了算法详细实现步骤和技术流程。利用GF-3卫星实测数据进行了处理效果验证,结果表明:结合内定标信号幅相误差补偿的DCS成像处理算法,能有效改善滑动聚束高分辨率SAR成像的图像质量,可获得更好的成像处理和聚焦效果,验证了算法的有效性。     

电液伺服阀力矩马达弹性元件智能化刚度测量技术

介绍了一种新型电液伺服阀精密弹性元件智能化刚度测量技术。针对生产现场中使用的手动测量法的不足,提出一种新的刚度自动测量方法。采用计算机驱动步进电机,步进电机作为控制执行器对精密弹性元件快速而又连续的施加载荷,实现自动加载;力和位移信号送到计算机进行处理和计算。理论分析和测试结果表明,该方法可以有效的解决精密弹性元件刚度测量中的测量精度低、操作复杂、效率低等问题,对精密弹性元件能够高效的完成刚度测量,得到刚度曲线,并且不重复性测量误差低于 1%。     

扁平型外转子混合磁悬浮飞轮动力学分析

针对扁平型外转子磁悬浮飞轮,考虑轴向被动悬浮刚度影响,采用理论模型与数值模拟相结合的方法,对系统静态悬浮和稳定旋转两种工况下的动力学特性进行了研究.结果表明,静态悬浮时,轴向刚度的变化对径向摆动固有频率影响明显,径向刚度的变化主要影响系统径向刚体平动固有频率,振型交换区内系统振型为转子刚体平动与摆动的叠加;稳定旋转时,轴向刚度的变化主要影响低速圆锥涡动频率,径向刚度的变化主要影响圆柱涡动频率.     

考虑气动加热和变截面惯性矩的高超声速飞行器建模与分析

由于高超声速飞行器弹性机体/发动机的高度一体化设计,使得此类飞行器的动力学建模与控制较为复杂,而作为控制的基础以及面向控制的总体优化设计都需要建立高精度的动力学模型。首先,建立了考虑气动加热和变截面惯性矩影响的高超声速飞行器自由梁结构弹性模型,分析了气动加热和变截面惯性矩对飞行器振型的影响,得出了气动加热对振型影响非常小且振型引起的攻角变化很小,变截面惯性矩对飞行器的振型影响较大且振型引起的攻角变化较大的结论。然后,建立了考虑气动加热和变截面惯性矩影响的自由梁高超声速飞行器动力学模型,对考虑气动加热和忽略气动加热、恒截面惯性矩和变截面惯性矩对应的动力学模型进行了零极点分布对比分析,得出了气动加热对飞行器的纵向动态特性影响很小,变截面惯性矩自由梁对应的高超声速飞行器在特征点处开环不稳定性更大和非最小相位行为约束变弱的结论。     

振动、冲击环境下支架减振器刚度优化设计

文章在某型号的电子设备支架减振器设计中,综合考虑了振动、冲击两种主要的力学环境.以减振器刚度为设计变量,将刚度的倒数作为目标函数,根据振动、冲击环境设计要求确定了约束条件,建立了减振器刚度优化的数学模型.采用ANSYS作为优化设计的平台,随机振动响应分析采用振型叠加法,冲击响应分析采用Newmark时间积分法,对该问题进行了优化求解,取得了满意的结果,为电子学系统的减振设计提供了依据.     

基于随机振动响应的结构非线性参数识别

复合材料结构呈现出典型的量级非线性特征,非线性刚度的研究是结构设计和分析的基础。结构使用环境多数存在随机振动载荷,在更接近真实使用环境下对非线性参数的识别结果更加适用。文章提出了基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法,设计了基于随机振动响应的非线性刚度识别程序;通过立方刚度单自由度非线性系统算例,验证了识别方法和程序;并通过试验研究了典型复合材料结构的量级非线性特征。结果表明,基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法具有较好的识别精度,多自由度系统不同谐振阶次的非线性特性存在差别。研究结论对于随机振动环境下结构非线性参数识别和建模具有一定的参考价值。     

空间相机隔振系统的优化方法

为了减小卫星发射和在轨阶段的振动对空间相机成像品质的影响,文章对空间相机隔振系统的建模和优化方法进行了研究。使用复刚度模型表示隔振器,用拉格朗日方法建立系统动力学方程。选用了系统质心位置的加速度和转角的均方根值作为目标函数,采用多目标优化算法NSGA-Ⅱ在随机振动条件下对隔振系统的进行优化。优化结果给出了隔振系统的刚度系数和耗散系数的最优解集。根据某空间遥感器的实例计算出一组最优隔振器参数,验证了这种优化方法的可行性。这个最优解的集合可以作为隔振系统结构选型和初始设计的输入条件,提高隔振器前期优化设计的效率和计算的准确性。     

基于振动试验的基板刚度测试

为获取太阳电池阵基板性能,通常在基板生产过程中同步制作随炉件,采用三点弯曲法测试随炉件刚度,进而间接判断基板的性能。但是由于外界因素的影响,该测试结果难以反映基板的真实刚度。文章提出采用单板振动试验测试基板弯曲刚度,并针对某型号太阳电池阵基板完成了测试。测试结果表明:基板实际刚度与数值分析结果仅相差2.2%;与三点弯曲法测试结果相比,振动试验测试结果可以更准确反映基板真实性能。     

基于视线制导的交会停靠控制方法

空间交会停靠段的控制经常采用的一种方法是基于视线位置信息的平行接近法。本文对纵向控制中的非线性滑动模态控制方法进行了研究和改进 ,考虑了视线角对纵向控制的耦合作用 ,增加了耦合项 ,并进行了存在性和稳定性分析。对于横向和纵向同时协调控制 ,提出一种多变量互相耦合的非线性滑动模态视线制导控制方法 ,并对同时协调控制进行了存在性和稳定性分析