弯曲载荷作用下固体火箭发动机裙端连接螺孔受力分析

利用细长梁弯曲平面理论,推导了弯曲载荷作用下固体火箭发动机受拉侧拉力总和的计算公式.在此基础上,根据单个螺栓连接结构拉伸试验数据和法兰上各连接点之间的变形谐调关系,推导了给定弯曲载荷下单点拉力计算公式.根据该方法可计算非均匀分布情况下单个螺栓连接点的受力.算例对公式的正确性进行了间接验证.     

一种舱段快速连接结构设计及承载能力分析

设计了一种新型的舱段间连接装置，分析了其在轴向力载荷作用下的受力情况，并以相对滑动作为失效判据给出了预紧力的计算方法，在此基础上分析了卡箍倾角、摩擦系数以及预紧力等对该结构承载能力的影响。研究结果表明：直径为1 200 mm的连接结构能够满足1 000 kN 轴拉载荷下的使用要求。卡箍与壳体配合面倾角、摩擦系数以及预紧力等均会对该连接结构的承载能力产生影响，其中预紧力的影响主要表现为预紧力增大，卡箍与上下壳体对接面的压力增大，产生的摩擦力增大，因此其轴向承载能力增大。此外，随着配合面倾角增大以及摩擦系数的减小，则会导致该连接装置承载能力产生显著下降。     

复合材料径向和轴向螺栓连接失效预测方法及失效模式分析

大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成,设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件,并通过试验获得了失效载荷和失效形式。然后,选择了3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测,并将预测结果与试验结果进行比较,结果表明：采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法,15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3%;4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4%;预测的失效形式与试验结果接近,为连接结构确定了合适的失效预测方法。采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式。为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果。     

轴压载荷作用下全复合材料裙与壳体搭接区的结构分析

对轴压载荷作用下固体火箭发动机复合材料裙与壳体搭接区的受力变形情况及承载能力进行了有限元分析,应用板壳理论对搭接区进行了分析,证明有限元计算结果合理可信;对裙搭接长度在40~60 mm范围内进行了寻优计算。结果说明,搭接区裙外铺层是搭接区最薄弱的环节;影响搭接区承载能力的主要结构因素有裙尖厚度、裙外铺层厚度、直段橡胶长度;随裙搭接长度的增大,搭接区承载能力呈现先增大后减小的趋势,存在搭接区承载能力的极大值。该分析方法和结果可供搭接区分析设计参考。     

螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷下的破坏形式与承载能力

对螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷作用下的接头区破坏形式及其对整体破坏和承载能力的影响进行了试验研究,对不同材料、不同铺层、不同厚度及接头区几何参数对破坏形式和承载能力的影响进行了研究,发现了特有破坏形式——端边分层和主要的影响因素。     

空间站梦天实验舱整器动力学分析和试验研究

空间站研制过程中，获取准确的航天器主要动力学特性有重要意义，整器动力学特性测试是研制过程中一项必不可少的大型试验项目。针对空间站梦天实验舱整器动力学问题，通过建立螺栓—法兰局部连接结构的有限元模型，分析接触状态下刚度随外力的变化关系，分别计算拉压特性下的刚度量级，并采用子结构综合方法，依据部件级模态测试结果得到梦天实验舱整器的动力学特性。结果表明:将螺栓法兰连接刚度等效为双线性弹簧，结合子结构综合预示方法，梦天整器动力学特性的预示具有较高精度。通过连接结构的精细化建模和子结构综合预示，只需进行舱段级模态试验，节省了研制经费、缩短了研制周期，可为空间站及其他大型航天器的研制提供指导。     

空间站梦天载荷舱结构设计与验证

针对天宫空间站梦天载荷舱提出了采用一种含大开口的半硬壳铆接结构,实现了结构承载、载荷进出舱及载荷试验平台一体化设计。采用数值仿真的方法,考虑主动段飞行及地面整器起吊载荷等因素的影响,进行了结构强度迭代分析,识别结构的潜在薄弱环节,并开展针对性的局部结构验证试验。最后,设计并建立大开口结构的全工况静力试验平台,开展载荷舱整舱静力试验。数值计算与试验所得结果吻合较好,验证了载荷舱大开口结构设计的正确性。载荷舱结构的设计方法及验证思路可为其他飞行器结构提供参考。     

模块化卫星的多螺杆连接分析

相对于单螺栓连接或平均受力的多螺栓连接,模块化卫星的多根螺杆连接涉及被连接件的非均匀连接刚度,各螺杆处的不同连接刚度的耦合作用与影响还有待深入分析。本文基于单螺栓的载荷分析方法,通过计算被连接件的连接刚度矩阵参数,并融入到螺杆载荷分析中,从而得到计算螺杆直径与预紧力的公式。最后,给出一个模块化卫星多螺杆连接分析的算例,计算结果显示,使用M3钛螺杆、每个螺杆施加最小1Nm拧紧力矩,可以满足此模块化卫星的使用要求。     

某航空相机载荷舱热分析与热设计

航空相机的热控设计需要解决流动与传热的耦合问题。文章提出某航空相机载荷舱在复杂飞行环境中上升、巡航、下降全过程的热分析及热设计方法：确定载荷舱热分析数据流,采用专业热分析软件、流体计算软件计算辐射外热流、气动外热流,以及等效对流换热系数沿壁面分布情况及与马赫数的变化关系。将热环境赋予载荷舱热分析模型,通过热分析软件与自开发程序迭代对载荷舱两个极端工况进行了仿真分析。结果表明,据此设计的光学窗口内表面温度高于露点温度10℃以上,得到的载荷舱热分析结果满足热控指标要求,热设计方案合理可行。     

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。     

大直径铝合金铆钉以铆代螺可行性试验研究

针对双层铝合金板铆接结构,通过电磁铆接工艺试验,分析Φ10mm-2A10铝合金铆钉镦头的微观组织,与钢质螺栓连接接头对比评价了铆接接头的力学性能。研究发现,随放电电压的增加,铆钉镦头直径逐渐增加、高度逐渐降低。铆钉镦头以绝热剪切为主要变形模式。铆接接头的最大剪切和拉脱载荷分别为23.3k N和35.0k N,均高于钢质螺栓连接接头,并且相对于螺接接头可减重15.8%。     

柔性特征的太阳电池翼在轨载荷分析

建立太阳电池翼地面模态试验修正后的较为精确的动力学模型,以此作为太阳电池翼的柔性特征提出基于混合坐标法的太阳电池翼在轨载荷分析方法,计算了航天器在轨机动、舱段分离、交会对接等典型工况下太阳电池翼的载荷变化情况,分析了不同工况下载荷与太阳电池翼动力学性能的相互关系,提出太阳电池翼为应对不同飞行工况应处于何种转角状态的结构设计建议。最后依据最大载荷工况开展了相关试验验证,试验结果表明本文的研究方法有效合理,可推广应用于其它型号太阳电池翼的在轨载荷设计。     

损伤形式对三维编织复合材料细观结构和弯曲性能的影响

通过分析损伤前后三维编织复合材料细观结构的变化,建立了剩余纱线长度的计算公式.对损伤前后三维编织复合材料试件进行了三点弯曲实验,分析了材料弯曲强度和弯曲弹性模量的变化规律和失效形式.主要讨论了2种编织角和4种损伤方案,包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割、沿宽度和厚度方向同时切割.实验结果表明,损伤前后的弯曲性能均随编织角的增大而减小;沿宽度方向切割对弯曲性能影响不明显,沿厚度方向切割对弯曲强度和模量影响较大,沿厚度和宽度同时切割的试件力学性能下降最大,接近60%.切割面受拉试件比切割面受压试件的弯曲性能降幅稍有增大.     

大型不锈钢法兰拼焊变形的控制

分析了模拟法兰试件与工程实际精加工法兰的差异，提出了控制法兰变形的附加措施。拼焊结果表明：短段加分段退、上厚下薄的焊接工艺可将法兰平面度控制在技术要求范围内，并通过内外侧单加焊层及调整内外侧焊层厚度，将法兰圆度控制在技术要求范围内；采用预留间隙的方法可控制法兰周长的变化。     

偏心销结构舱段连接方式强度计算及试验验证

基于某型导弹偏心销结构舱段连接方式,推导了连接面上偏心销的最大剪力公式,并对该结构开展了有限元分析和静力试验。有限元结果表明在给定载荷作用下,偏心销材料进入塑性,偏心销限位环发生强度破坏;连接面舱体结构局部材料进入塑形,但不会发生强度破坏;试验结果验证了上述仿真结果,并根据最大剪力公式建立单个偏心销有限元计算模型是一种比较稳妥的方法。     

矩形薄板受面内非均匀分布载荷稳定性分析

对矩形薄板受面内非均匀分布载荷的稳定性问题进行了有限元分析,计算了多种边界组合条件下薄板的临界载荷系数。计算表明薄板的长宽比、相对厚度以及边界条件对临界载荷有大的影响。即使在传统意义的薄板范围内当相对厚度较大时厚度对临界载荷的影响有时已不容忽略。为方便工程实际,给出了基于矩形薄板受面内均匀分布载荷的屈曲当量因子,并给出了其拟合公式。该研究结果可为承受面内非均匀分布载荷薄板结构设计提供参考依据。     

基于响应面法的单元发动机喷注器优化设计

针对某新研单元发动机喷注器热阻优化的问题,采用仿真计算分析研究支架结构参数对支架热阻与结构强度的影响,并基于响应面法(RSM)对喷注器支架进行结构优化设计。计算结果表明:在计算范围内,对支架隔热性能影响最大的是支架高度,其次是支架厚度,最后是支架孔直径。随着支架高度的增加,支架热阻逐渐增大,而支架热阻则随着支架厚度与孔直径的增加而降低。对支架结构等效应力影响最大的是支架孔直径,其次是支架高度,最后是支架厚度,并且随着支架孔直径的增加,支架结构等效应力逐渐增大,而支架最大等效应力随着支架高度和厚度的增加而减小。通过采用响应面法改进后的支架在结构强度满足发动机力学环境的条件下,喷注器热阻得到明显提高。     

航天器蜂窝夹层板局部弯曲变形特性分析与验证

为了解决航天器蜂窝夹层板局部变形以致局部平面度易超差问题,文章基于克希霍夫(Kirchhoff)薄板弯曲理论和矩形板(Rectangular Plate)弯曲理论对蜂窝夹层板局部弯曲变形特性分析和挠度计算,提出减小局部变形的控制方法,经局部平面度试验验证,结果表明:理论分析与试验结果一致性好,选择较小均布载荷、减小热管宽度或热管与蜂窝芯的拼缝间隙、增大矩形板厚度以及缩小蜂窝芯与热管间的高度阶差均可有效减小局部变形,进而降低局部变形对航天器内部功能仪器导热的影响。可为航天器蜂窝夹层结构设计提供参考。     

对称角铺设纤维增强斜形固支板弯曲解析

应用文献［２］给出的各向异性斜板横向弯曲一般解析解，对承受均布载荷的对称角铺设纤维增强复合材料斜形板进行弯曲分析。针对四边固支进行计算。讨论了各向异性、斜角β、铺设角θ、铺设层数Ｎ和跨宽比α对板挠度的影响。计算表明，对于单层角铺设菱形板的铺设角关于（π２）－（β２）对称时，板最大挠度相同，并在铺设角为π２－β２板最大挠度取最小值，θ为０°时板挠度为最大。对于菱形板，铺设层数增大，板挠度增大，而斜形板（α＞１）铺设层数增大，板挠度减小。     

连接翼布局的非线性屈曲分析

以连接翼结构为研究对象,通过非线性有限元方法对其进行非线性屈曲分析,研究连接翼几何参数和载荷分布对结构非线性屈曲特性的影响规律。连接翼采用基于Co-Rotational格式的三角形平板壳单元进行建模,采用弧长法计算非线性屈曲的位移突跳现象以及后临界变形模式。研究结果表明连接翼典型的载荷-位移曲线模式包括刚度软化、位移突跳不稳定和刚度刚化三部分。连接翼夹角增大后非线性屈曲载荷因子逐步降低,但存在一个临界夹角,当角度超过临界角后载荷-位移曲线模式中的位移突跳不稳定阶段就不会出现。增加连接翼高度可提高结构的非线性屈曲载荷。在连接翼夹角不变条件下,减小下翼展长可有效提高非线性屈曲载荷,同时其载荷-位移曲线模式中的位移突跳不稳定阶段也将不存在。调整连接翼的载荷分布,将载荷更多地施加于上翼的同时减少下翼的载荷可提高结构的非线性屈曲载荷。