星载薄壁结构天线结构优化设计与试验验证

薄壁结构具有质量轻、电性能稳定等优点，但同时又由于其结构刚度低、承力能力差、同等力学环境下加速度响应大等缺点，制约着其在星载天线领域的应用。文章针对卫星薄壁结构天线的上述缺点，利用通用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran建立力学分析模型，计算得到影响薄壁结构天线基频低、承受应力大的薄弱位置。进行结构优化时，突破传统的等截面加强筋设计方式，在该薄弱位置增加变截面加强筋，提高了结构基频；在加强筋之间设计倒角，降低了结构应力水平。优化后的分析结果表明，天线结构的基频提高了106%，同等力学环境下加速度响应降低了94%，应力水平减少了93%，满足天线设计指标要求。最后，通过试验验证了该优化方法的有效性，对以后薄壁结构天线的设计具有一定的指导意义。     

复合材料格栅结构的强度分析(英文)

复合材料格栅结构是由连续纤维缠绕的斜向及环向肋和蒙皮组成的结构。对ANSYS软件进行了二次开发,分别采用层合板和层合梁单元模拟复合材料格栅结构的蒙皮和肋。根据复合材料格栅结构的几何特征及其载荷分布特征,采用周期对称有限元模型,分别以最大应力准则、最大应变准则和蔡-吴准则和Chang刚度退化准则对轴压载荷作用下的复合材料格栅结构破坏过程进行了强度预测,计算结果表明采用蔡-吴准则预测并结合Chang刚度退化准则的计算结果与试验结果的一致性较好。     

平面缠绕炭纤维压力容器大变形有限元分析

根据纤维缠绕复合材料压力容器的结构和工艺特点,用ANSYS有限元软件建立了2种封头形式的复合材料压力容器计算模型,模型包括封头上纤维缠绕角和缠绕厚度的变化,并对内压作用下结构的应变分布进行了静力学非线性计算。由于在内压作用下压力容器会产生较大的位移,因此在计算时考虑了大变形的影响。结果表明,在内压作用下,圆筒段的纤维受到拉伸作用,椭球型封头的部分区域出现了弯曲,纤维受到了挤压,而平衡型封头上应力变化平缓,结构整体向外膨胀。比较发现,计算结果和试验结果吻合较好,所建立的有限元模型和计算方法能较好模拟压力容器的真实受力情况。     

复合材料壳体固体火箭发动机温度载荷下力学响应分析

基于非线性有限元数值仿真分析方法，使用有限元计算软件ABAQUS，分别建立金属壳体与复合材料壳体两组发动机仿真模型，分析复合材料壳体固体发动机的结构完整性，并研究复合材料壳体的各项参数对于发动机装药和壳体的应力场的影响。分析结果表明:在温度载荷下，选用复合材料壳体的端燃装药固体发动机比选用金属材料壳体的发动机具有更好的结构完整性。随着复合材料壳体厚度的增大，装药的应力、应变值均增大，壳体的应力逐渐减小;随着复合材料壳体弹性模量增大或泊松比减小，装药的应力、应变逐渐减小，而壳体的应力、应变逐渐增大。     

复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题，以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先，推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点，建立了有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合模型，并进行响应计算，获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线，为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后，对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后，将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明，联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。     

基于Jones-Nelson本构模型的C/C复合材料喉衬变形研究

引入了应力-应变关系扩充理论和加权柔度修正理论,修正了Jones-Nelson本构模型,建立了基于Jones-Nelson模型的C/C复合材料本构关系,使得该模型可在考虑材料各向异性、拉压双模量、损伤演化特征的情况下,用于表征任意拉压混合载荷作用下的多向编织C/C复合材料的力学性能。在此基础上,进行了C/C复合材料喉衬变形研究,同时展开了喉衬应变场的测试。结果表明,考虑Jones-Nelson模型的计算结果和测试结果更吻合。     

基于三维有限元模型的弹翼胶接结构胶层应力分析

目前对复合材料胶接修理结构中胶层的模拟多采用二维平面单元,不能有效模拟胶层在外载荷作用下的真实应力状态。考虑某飞行器弹翼修理时形成的复合材料双面胶接结构承受载荷后处于三维应力状态的情况,建立了该修理结构的三维有限元模型,计算出单向拉伸条件下胶层的剪应力,并与Hart-Smith解析解进行对比。分析结果表明三维有限元模型正确、合理。利用所建立的模型分析胶层的剪应力和剥离应力的分布特点,得出胶层破坏的失效顺序,为胶接修理结构的承载能力分析以及结构改进提供参考依据。     

三维五向编织复合材料宏细观力学性能分析

基于三维五向编织复合材料的细观结构胞元,采用细观有限元方法建立了材料宏观等效弹性性能的力学分析模型。模型数值结果与拉伸试验数据基本吻合,说明模型可用于该材料的宏观力学性能预测。经分析其细观应力分布及变形,表明基于胞元分析的力学模型能有效预测含周期性结构材料的细观力学响应。由于该模型能给出较为合理的细观应力应变场,为进一步开展三维五向编织复合材料的失效分析奠定了基础。
     

等参化FVDAM在复合材料湿热应力分析中的应用

在等参化有限元体积直接平均法（FVDAM）中引入等效湿胀系数,建立了复合材料湿热耦合的细观应力场分析模型。计算了湿热环境中不同纤维体积含量和湿含量复合材料的细观应力场。结果表明：湿热环境中复合材料界面径向应力最大值发生于纤维密集区的相邻纤维间的界面处,最小值出现在基体富区;初始吸湿对热残余应力有释放作用,最终吸湿的影响将超过热残余应力,界面应力状态也随之改变。计算所得细观应力场与有限元（FEM）法有较好的一致性。     

复合材料整流罩声学等效建模与低频隔声性能研究

运载火箭发射过程中的恶劣噪声环境会导致整流罩内部电子设备失效。开展整流罩的内声场环境预测以及隔声分析,对其降噪研究和优化设计具有重要意义。复合材料整流罩舱壁大量使用蜂窝夹芯板,基于蜂窝夹芯结构精细化模型开展整流罩内声场环境预示计算量大,无法适用。本文建立了复合材料蜂窝夹芯板的力/声学等效模型,并利用精细化模型验证等效模型的精度;进一步基于有限元-边界元方法对某整流罩结构进行低频声振分析;同时,对整流罩的隔声量进行了评价。结果表明:整流罩内声场在频率为160 Hz附近声学环境较为恶劣,整流罩的降噪研究应针对该频段进行。     

导弹路面运输试验动态响应的分析计算

对于置于运输筒体内的在路面运输激励下的响应问题，建立了分析计算模型，推导了适用于具有活动基础支撑结构，在已知加速度激励谱密度时，计算随机振动响应的“矩阵缩减法”。同时介绍了Nastran有限元程序计算该类问题的处理方法。给出了几种路面条件下加速度响应均方根值的计算和试验结果。所述方法对运弹车支撑结构的改进提供了一种有效的理论计算手段。     

ANSYS刚-柔混合法在柔性接头结构分析中的应用

针对类似固体火箭发动机喷管柔性接头多层、薄壁钢-橡胶复合结构在进行仿真分析时,有限元模型单元、节点数多,收敛困难的问题,采用ANSYS刚-柔混合法,对柔性接头结构进行研究。结果表明,在同等约束与边界条件,采用刚-柔混合模型,计算得到的位移和约束反力(矩)和试验结果相比,误差很小(在5%以内)。该方法用于柔性接头结构分析,可快速获得柔性接头在外载作用下的位移、应力及摆动力矩等,为柔性接头设计与分析提供参考。     

基于小波倒谱模型的滤波处理技术及其在超声应力检测中的应用

在超声检测中,应力是通过超声时间延迟来测量的,而超声回波的时间延迟对噪声非常敏感。噪声严重影响应力的测量精度,噪声引起的时间延迟甚至与应力引起的时间延迟处于同一量级。而以往消噪处理都是基于盲信息,没有考虑系统响应特点,消噪效果不好,需一种有效的消噪方法。提出了一种基于倒谱模型新的滤波处理技术,从系统响应的角度,建立超声通道的小波倒谱模型,并通过对钢轨应力测试信号进行滤波处理,试验结果令人满意。     

镍基单晶冷却叶片高温持久性的理论与试验研究

采用含有0~4排气膜孔的薄壁平板试样模拟镍基单晶冷却叶片,研究了气膜孔排布对镍基单晶冷却叶片高温持久性的影响,并基于晶体塑性理论建立单晶材料蠕变数值计算模型,将其编入Abaqus用户子程序中,对不同气膜孔排布的薄壁平板试件进行有限元分析。试验结果表明,在气膜孔数相同的情况下,随着气膜孔排数的逐渐增多,冷却叶片高温持久寿命不断降低,且下降趋势逐渐加剧。文中提出了基于有限元数据的高温持久寿命预测幂函数模型,在对应孔排布、应力、温度条件下,其相对误差均小于3%,有限元分析得到的应力场分布结果与试样的断口形貌相吻合。     

薄壁结构在集中力作用下的屈曲

薄壁结构在纵向集中压力作用下的扩散问题曾被研究过，但都未对屈曲问题进行讨论，更没有考虑到蒙皮先失稳后所带来的影响。为此，引入蒙皮失稳后限制了力的进一步扩散的假设，从而导出了结构的极限承载力。试验表明，计算值与试验值有较好的吻合性。     

线阵CCD成像仿真研究

文章根据空间遥感用CCD(Charge-Coupled Devices)探测器的工作原理,研究了CCD成像仿真的数学模型,设计了一套完整的CCD成像模型,并研究了像元响应不一致性、电荷扩散、暗电流噪声等参数的分布特性.仿真试验表明,该模型仿真结果与实际器件的相关测量参数吻合度较高,与系统的MTF和S/R测试结果一致,准确度较高.     

嫦娥一号卫星定向天线动力学仿真分析

采用大型有限元软件MSC.NASTRAN,对嫦娥一号卫星定向天线压紧与展开两种工作状态下的模态与压紧状态下的加速度动力学响应,进行数值计算分析.针对双轴定向天线结构特点,结合双轴电机试验参数,引入扭簧单元对双轴电机结构进行模拟,并将天线压紧状态下的固有频率和关键点的加速度响应计算结果与试验结果进行了对比分析,两者具有较...     

星箭连接界面处环形分布动载荷识别

提出一种基于卫星结构响应的环形分布动载荷识别方法。首先基于脉冲响应函数，在时域内构建激励与响应之间的传递关系；进一步，利用B样条函数表示动载荷的环形分布函数，并结合卫星结构有限元模型和结构测点加速度响应，识别了动载荷的分布函数及其时间历程。以某卫星模型开展数值仿真研究，结果表明：在不同噪声水平，响应测点数以及B样条控制点数的情况下，本文所提出的方法能够准确识别卫星结构所受分布动载荷。本文方法能够为实际飞行情况下卫星载荷环境评估提供理论支撑。     

基于疲劳损伤分析的振动试验控制误差评价

振动试验的控制误差满足容差要求是试验研究的必要条件,然而满足容差要求的振动试验未必是有效试验。文章研究了几种典型的振动控制误差模型条件下结构疲劳损伤评价结果的变化规律。通过基于模态叠加获得的随机振动响应分析结果,建立了加速度控制误差与响应应力波动之间的关系;应用疲劳损伤的线性累积模型,评价应力波动造成的结构疲劳损伤变化。数值模拟结果表明,同样为±3 dB的控制容差,不同的误差模型对应的结构振动疲劳损伤最大可能相差两个数量级以上。     

随机基础激励下承力筒—蒙皮结构的声—固耦合分析

针对航天器承力筒—蒙皮典型结构,分别基于有限元—直接边界元法和有限元—间接边界元法建立仅考虑内/外声场和同时考虑内外声场的声—固耦合模型,开展典型结构在随机基础激励下的声—固耦合研究,并重点分析内外声场和声—固耦合效应对典型结构固有特性及动响应的影响。研究结果表明:考虑声—固耦合效应后结构振型未发生变化但固有频率降低,仅考虑单一声场效应时固有频率较同时考虑内外声场时升高;声—固耦合效应使结构的响应整体上降低,但在与激励方向平行的蒙皮处由于内声场的作用而增大;内声场对动响应的影响大于外声场。