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。     

航天器火工冲击环境分析预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器及其组件冲击环境条件设计以及系统级和单机缓冲设计,都迫切需要能够准确预示航天器的火工冲击响应。文章对国内外航天器火工冲击响应机理进行综合理论分析,并在系统调研分析预示方法的基础上提出了航天器火工冲击响应预示研究的重点和难点。     

航天器爆炸冲击环境及其模拟试验技术

介绍了航天器爆炸冲击环境的特点、环境预示方法、以及爆炸冲击试验模拟技术的发展现状。     

统计能量分析法在爆炸分离冲击响应预示中的应用

针对复杂结构的爆炸分离冲击问题,文章采用统计能量分析方法对其响应进行了计算分析。首先对切割索产生的连续载荷进行了离散处理,然后基于统计能量分析并结合虚拟模态综合法,对航天器分离过程中的冲击响应进行了预示。得到的结果符合爆炸分离冲击环境下结构响应特征及其传递规律,对航天器抗冲击设计与评估具有一定的参考价值。     

美国NASA—STD—7003爆炸冲击试验规范简述

介绍了美国NASA的航天器爆炸冲击试验规范。规范阐述了爆炸冲击环境的特点,环境预示方法,以及爆炸冲击试验模拟技术等。     

航天器火工冲击环境数据外推技术研究

为了制定可靠的组件冲击试验条件,需要预示航天器火工冲击环境.在分析了航天器火工冲击环境预示的三类方法,包括试验法、数值分析法和数据外推法的基础上,详细总结和分析了数据外推法的国内外研究进展,并通过理论推导提出了新的数据外推公式;以大量火工冲击测量数据为参照,通过对比分析证明该数据外推公式比NASA和ESA的数据外推公式...     

一种航天器火工冲击源建模和分析方法

为解决航天器火工冲击力学环境预示中无法确定载荷力函数的问题,提出一种基于流体编程软件（Hydrocodes）的“振源系统-近场结构”一体化建模和分析方法,分析由火工品触发的航天器星箭分离机构及其他解锁释放机构的冲击过程,从中提取力函数, 实现对振源与主结构的解耦分析。以包带式星箭分离结构为例,对该方法的可行性进行研究和论证。通过对模型进行爆炸冲击直接加载和力函数的解耦加载这两轮计算结果的对比分析,初步校验了该方法的可行性。通过对模型的耦合性分析和对其简化模型的分析,进一步校验了局部建模的合理性和解耦分析的准确性。该方法是一种能够确定航天器火工冲击源函数的可行方法,为从工程上解决航天器火工冲击的响应预示问题奠定了基础。     

粘弹阻尼减振在导弹隔冲击结构中的应用

火工品装置爆炸分离冲击,是导弹所经历的最严酷的力学环境,对其附近弹载仪器设备产生强烈的机械瞬态响应而导致严重的影响。提出应用粘弹阻尼减振于隔冲击结构中,概要分析了隔冲击机理,阐述了粘弹性阻尼材料基本特征,归纳了粘弹约束阻尼层结构减振关注的要点,建立了合理的隔冲击结构有限元动力学模型。理论和试验预示,粘弹阻尼减振是解决隔爆炸分离冲击结构的有效途径,具有较强的工程实用性。     

航天器火工冲击源力函数模拟分析

为对航天器火工冲击响应进行预示分析,使用显式有限元法对冲击源力函数进行模拟。以太阳电池阵解锁为背景,建立合理的有限元模型,分析多种简单脉冲函数及其组合函数在航天器上的冲击响应规律。通过与试验实测数据对比分析,使用简单脉冲函数的叠加,得到符合试验结果的冲击源脉冲函数,使冲击环境预示结果与实测数据一致。文章所提供的冲击源载荷拟合方法无须对复杂的火工品装置建模,可为后续冲击响应分析工作奠定基础。     

瞬态时域数据合成冲击响应谱算法研究

某液体火箭发动机的部件采用振动台进行模拟冲击环境试验,冲击控制谱的冲击时域波形由软件采用基本波形合成,基本波形有正弦波、合成小波、Chirp波形,而国内常用正弦波合成冲击谱进行冲击环境试验。给出了瞬态冲击数据合成法的算法过程,提取某液体火箭发动机试车过程中的冲击时域数据来合成冲击控制谱的冲击时域波形,计算结果表明算法有效,所合成的冲击时域数据能够满足冲击响应谱的精度要求。     

航天器火工冲击技术研究进展

系统总结了国内外航天器火工冲击环境预示、地面试验和减冲击技术三个方面的研究进展,并分析了国内在以上三个方面与国外航天强国的差距。在此基础上,从我国航天工程实际需求出发,分析指出了今后航天器火工冲击领域应重点开展的研究方向。     

插拔冲击载荷下的印刷电路板全场应变预示方法

针对某产品印刷电路板受插拔冲击载荷导致的焊脚损伤失效案例,研究根据插拔端施力预示电路板全场受力位置及响应的有效方法。首先将预制的整体应变计粘贴于电路板狭窄空间,获取印刷线路板上各关键测点位置的应变数据;然后基于克里金代理模型拟合出各测点在非工作状态插拔工况下整张电路板的全场应变分布情况;进而建立施力端应变数据与受力端应变数据的关系模型。实测与预示结果的误差在10%以内,验证了该方法的有效性。该方法可为该类印刷电路板全场应力分析、失效分析及测点剪裁提供参考。     

能量有限元方法的双星整流罩中频声振环境预示

为了对某双星整流罩结构进行振动环境的预示,采用能量有限元分析(EFEA)的方法,建立了整流罩结构的能量有限元模型,并对其进行了振动环境的预示。作为比较,选取统计能量分析方法 (SEA),建立了该整流罩的统计能量模型,并与EFEA方法和实验测试结果进行了比较。结果表明,EFEA方法与SEA方法的结果在一定的频段内可以较好地预示结构,而且在该频段内,EFEA方法的结果相对SEA方法更接近于实测值,同时相比SEA方法,EFEA可以得到预示结果的空间分布。     

梯形弹性联轴节的设计与制造

介绍了梯形弹性联轴节的特点、结构、材料和制造方法。由于梯形弹性联轴节具有传递准确且能最大限度地吸收振动和冲击 ,所以可广泛应用于自动控制、精密跟踪等领域的测速、测角系统     

基于三角测量和最优化技术的复合材料冲击定位位两步法

为提高复合材料结构冲击定位的精度和实时性,提出了冲击定位两步法.首先运用三角测量技术计算出冲击位置所在的椭圆区域;然后在椭圆区域内,采用有限元法和模态叠加法计算出应变响应的理论模型,以理论估计应变与实际测量应变之间的误差建立优化模型,运用优化求逆技术精确识别出冲击位置.在复合材料层合板上的实验表明,该方法能快速、准确地判定出冲击位置.     

实测爆炸分离冲击数据的分析和处理

由于爆炸分离冲击环境的频带宽(可到100 kHz)、加速度大(可到300 000gn),常常导致测量数据失真。对实测的爆炸分离冲击数据应分析、确认、修正后才能使用。分析了放大器的压摆率对信号频率的限制,讨论了某实测爆炸分离冲击信号零漂产生的原因,应用小波分析的方法对失真的冲击波形进行了分解和重构,提取了真实的爆炸分离冲击信号。     

筒体结构星载天线抗冲击特性研究

随着航天技术的发展和探月工程的推进,航天器空间环境力学条件不断恶化,对航天器抗冲击力学性能提出了更高的要求。筒体结构天线结构形式紧凑,具有较好的动力学特性。为了得到筒体结构天线具体的抗冲击力学性能,研究时通过建立动力学分析模型,首先分析得到结构的模态参数,再根据模态结果反应出的筒体结构天线的动力学特性,结合给定的冲击力学环境建立分析条件,依据分析条件分别计算得到横向和纵向筒体结构天线顶端的时域最大加速度响应,筒体结构整体结构应力水平。分析结果表明筒体结构天线在冲击力学环境下加速度响应放大较小,各部件应力水平均能满足结构强度要求。筒体结构天线具有良好的抗冲击力学性能,可应用于需要承受较为恶劣冲击环境的航天器。     

连续跌落冲击台的工作原理与调整

阐述了凸轮式跌落冲击装置的结构原理、力学性质、冲击参数及其调整方法。凸轮式跌落冲击台产生的冲击可使试件系统响应的幅值叠加及循环次数增多，因而产生冲击激励现象，引起试件的疲劳损伤。还介绍了清除冲击的方法和恒定实验负荷法。     

液体火箭发动机三轴向虚拟振动试验技术研究

振动试验是液体火箭发动机结构可靠性评估和力学环境适应性验证的重要内容。相比单轴振动试验,三轴向振动试验能够更加真实地模拟产品的实际受力状态。开展三轴向虚拟振动试验研究,对于预示发动机动态响应,指导结构设计优化,以及研究修改单轴向振动试验输入谱以适用于三轴向振动试验都具有重要的研究价值。针对液体火箭发动机的振动问题,利用三轴向振动台的控制方法和有限元仿真技术,逆向构建了某三轴向振动台的虚拟振动试验系统。基于Patran有限元平台将某型号产品和振动台模型进行联合仿真动力学建模,以发动机正弦振动和随机振动试验条件作为动力学响应分析的载荷边界,利用Nastran进行三轴向振动问题求解。通过与实际的振动试验结果的对比和修正,获得精确的三轴向振动台和产品仿真模型、精确控制方法等,为液体火箭发动机结构振动响应预示、薄弱环节识别提供虚拟试验技术手段。     

航天器电子产品抗火工冲击环境设计方法

根据航天器火工冲击载荷特点及结构传递和响应特性,梳理了航天器电子产品常见的冲击失效模式以及火工冲击载荷的减缓和隔离措施,通过对电子产品复杂结构进行简化,给出了冲击载荷作用下电子产品冲击响应计算和刚度计算方法。文章提出了电子产品在设计阶段进行抗火工冲击环境的设计方法,试验结果表明:给出的抗火工冲击设计方法正确且流程合理,可以作为同类电子产品抗冲击环境能力评估的参考。