遗传算法和RBF神经网络在蜂窝结构等效力学参数计算中的应用

为解决蜂窝板等效力学参数计算困难问题,首先利用sandwich夹层板理论建立蜂窝板等效模型,并对计算结果引入修正系数。然后将修正系数作为设计变量,将等效力学参数模型的计算误差作为目标函数,建立优化模型。接着利用RBF神经网络模型建立修正系数和计算误差的代理模型,在此基础上,利用遗传算法进行迭代计算,最终得到较理想的蜂窝板等效力学参数。通过某星载测雨雷达天线座的工程案例验证方法的实用性,并通过与其他方法计算结果及实测结果的对比验证方法的准确性。     

蜂窝夹层板强度分析模型对比研究

在蜂窝夹层板强度设计中,为了降低计算成本,并得到准确的计算结果,需要对蜂窝夹层板进行有效的等效建模。以简化的仪器安装板为例,对比研究了等效板、三明治夹芯板、三明治实体夹芯板和蜂窝体夹芯板4种强度分析模型,并基于蜂窝体夹芯板计算模型,对4种强度分析模型下的变形、应力和频率计算结果分别进行了对比研究,得到计算精度、适用范围等工程结论,同时形成相关软件应用界面,指导飞行器结构设计。     

改进模拟退火算法的喷管动力学模型修正

为获得液体火箭发动机喷管高精度的结构动力学有限元模型，提出一种基于改进模拟退火算法（Improved Simulation Annealing Algorithm，ISAA）的有限元模型修正方法。首先，将复杂的薄壁夹层板喷管等效为复合材料层合壳，建立喷管的参数化有限元模型；在此基础上，以结构模态参数为参考基，构造出联合使用模态频率及模态振型的目标函数，并运用灵敏度分析提取设计变量，从而建立其优化模型；提出带记忆、局部搜索功能的改进模拟退火算法，运用ISAA在设计空间进行多目标全局寻优；最后，采用基于MSC Patran/Nastran软件平台二次开发的结构动力学模型修正软件ZDXZ V1.0进行模型修正，并对模型修正方法的有效性进行了校验。结果表明，修正后喷管的前3阶计算模态频率与试验值相对误差小于2%，振型相关性最小MAC值大于0.9，大大提升了喷管模型的动力学符合性，模型精度满足工程应用要求；表明所述模型修正策略的有效性，该方法具有高效、强鲁棒性等特点，适合于大型复杂结构的模型修正。     

ULE?叠层反射镜二维等效建模方法研究

ULE~?叠层反射镜是实现大口径、低面密度、高刚度空间反射镜的有效途径。为提高ULE~?叠层反射镜设计效率,文章基于蜂窝夹芯结构均质板等效理论,推导了叠层反射镜二维等效模型建模方法,利用有限元法计算二维等效模型自由模态频率,对比详细模型计算结果,验证等效模型计算精度,并结合设计实例验证该二维等效模型在叠层反射镜优化设计中的有效性。分析结果表明,叠层反射镜面密度大于40kg/m~2时,二维等效模型模态频率计算误差优于4%,满足优化设计精度要求。文章提出的叠层反射镜二维等效建模方法大幅缩减叠层反射镜有限元模型规模,实现叠层反射镜有限元模型高度参数化,有效提高了叠层反射镜设计效率。     

蜂窝芯层非线性等效弹性参数

考虑蜂窝壁板面内荷重对壁板弯曲的影响,对Gibson公式进行了修正,提出了一种蜂窝芯层的非线性等效拉伸弹性模量的拟合方法.讨论了蜂窝层合板的非线性响应,给出了x向拉伸和压缩、y向拉伸时的参数计算公式,以及某结构的应力一应变关系拟合结果,建立了蜂窝芯层非线性等效泊松比的计算模型.为蜂窝层合板的非线性动力响应分析提供了参考.     

六自由度激励台的结构动力学等效建模

六自由度激励台是多轴同步振动环境模拟的重要地面设备,因其结构复杂且具有多个运动自由度,而难以构建准确的结构动力学模型。文章针对6-PSU构型激励台的结构动力学特性,提出其参数型建模与模型修正方法。首先确定模型修正的对象为含轴承和导轨等接触运动副的铰链与作动部件,提出采用刚度与质量解耦的方法建立其含参等效动力学有限元模型;然后以该等效模型为基础,通过模态参数修正铰链和作动部件等效梁模型参数,再利用频响函数修正模型中轴承和导轨的接触刚度参数,得到了修正后的激励台等效结构动力学模型。修正后的有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了建模方法的有效性。     

带隔热层蜂窝夹层结构的超高速撞击特性研究

带隔热层的蜂窝夹层结构是航天器常用的结构材料。针对带隔热层蜂窝夹层结构开展了超高速撞击试验研究和数值模拟。通过试验获得了带隔热层蜂窝夹层结构的弹道极限方程,并利用该方程计算了带隔热层前板的等效厚度;同时采用光滑质点流体动力学(SPH)和有限元(FE)耦合的方法,对蜂窝夹层结构的超高速撞击过程进行了数值模拟,模拟结果表明:蜂窝芯限制了碎片云的径向膨胀,碎片云轴向流的导流和分流作用。     

基于模态试验和冲击响应试验的模型动力学参数修正

为通过数值仿真计算方法准确预测冲击响应,基于模态试验和冲击响应试验,对响应板的碰撞冲击过程进行动力学参数修正。模态试验过程,通过响应面优化的方法对响应板的弹性模量、泊松比、厚度参数进行优化,优化后的固有频率计算值相对误差在±2%以内。冲击响应试验过程,冲头冲击高度6.3 cm条件下,对试验和数值仿真的响应谱曲线进行误差评价;基于响应谱各分析频率点均方根误差最小的优化目标,通过曲面拟合得到最优的质量阻尼系数和刚度阻尼系数。动力学参数修正后的模型在3个不同冲击高度条件下的冲击响应谱预测中,大部分频率段的误差在±6 dB以内,显著提高了预示精度。     

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。     

多舱段航天器振动基频分配速算方法

多舱段航天器在研制阶段初期面临着如何分配各舱段基频以及确认基频分配方案是否满足运载火箭方要求的问题,但在这个阶段各舱段的设计尚未定型,建立航天器三维有限元模型缺少必要的输入且时间成本较高,无法满足设计迭代和优化的需求。文章采用多段杆模型模拟航天器的纵向振动特性,采用多段梁模型模拟航天器的横向振动特性,基于基频等效原则建立航天器舱段设计参数与梁杆模型参数的数学关系,分别推导多段杆和多段梁的振动频率方程,提出多舱段航天器振动基频分配速算方法。通过某月球探测器三维有限元模型模态分析数据和力学试验数据验证了该方法的有效性。所提出的方法可用于验证基频分配方案的正确性,并为开展设计优化提供了途径。     

一种航天器蜂窝夹层板发泡胶减重方法

针对航天器蜂窝夹层板发泡胶减重需求,以预埋件-发泡胶组合体等效半径为参数进行理论分析,给出蜂窝夹层板应力分布解析式,预测其破坏模式。据此提出两种发泡胶减重填充方案,并开展试件拉脱力测试、仿真,舱板组件性能评估和结构精度稳定性分析等验证工作。研究表明,方案1实现预埋件发泡胶减重25%,方案2实现减重50%。减重方案已成功应用于两型卫星,可为其它航天器研制提供有益的参考。     

一体化、轻量化卫星承力筒的研究

承力筒是卫星结构的关键部件。文章首先介绍了一种轻量化的蜂窝夹层结构承力筒,一体化设计了柱段和锥段,优选了蒙皮铺层;随后详细阐述了承力筒的主要工艺流程,给出了制造结果;在通过模态试验、振动试验等验证后,该承力筒成功地应用于某卫星上。最后,文章给出了该承力筒研制成功的重要意义。     

High thermally conductive communications equipment panel module for communications satellite

A new communications equipment panel module for satellite use has been developed to obtain a high thermal conductivity across the thickness in transversal direction of the panel. As the conventional communications equipment panel has a sandwich structure with aluminum alloy face sheets and a honeycomb core, the transversal thermal conductivity is relatively small mainly due to epoxy resin adhesive layers between the face sheet and the honeycomb core. Therefore, in order to dissipate high-heat flux towards space, a complicated thermal control system becomes necessary. The new panel module consists of a carbon-fiber-reinforced aluminum-alloy face sheet and a titanium-alloy core. A metallic bonding is used as the connection between the face sheet and core to enhance thermal conductivity of the panel is 1 × 10⁻¹ (W/K · mm) which is approx. 1000 times larger than that of the conventional panel.     

星载微带阵天线板的研制

微带天线阵广泛应用于星载合成孔径雷达天线,一般为非对称蜂窝夹层结构。文章对微带阵天线板的材料、制造技术及试验过程进行了讨论。计算和试验结果表明,微带阵天线板采用蜂窝夹层结构,能够满足设计要求。     

夹芯的典型参数对夹层板受迫振动影响分析

根据伽辽金法,用Matlab/Simulink软件对推导的经典板假设理论、一阶剪切理论蜂窝夹层板运动方程进行了数值仿真。简单算例的计算结果表明两者基本一致。基于一阶剪切理论讨论了蜂窝夹芯泊松比对蜂窝夹层板低阶频率的影响。发现当泊松比接近1时对频率响应有显著的影响。     

高压液氧涡轮泵孔型/蜂窝阻尼密封的设计

针对某型火箭发动机高压液氧涡轮泵离心轮的前、后凸肩动密封,采用孔型/蜂窝阻尼密封代替原始迷宫密封方案,并对密封结构参数进行优化设计,旨在减小泵内动静间隙泄漏,提高泵容积效率.采用经水工质孔型密封泄漏量实验数据验证的,基于k-ε 湍流模型和三维定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)...     

V型皱褶芯材夹层板对流换热性能评价及优化

为考察主动冷却式一体化热防护结构用V型皱褶芯材夹层结构的性能,文章采用Fluent软件模拟受恒定热流载荷皱褶芯材夹层板在强制对流条件下的传热过程,分析其换热特性和流道内流体流动规律;并在分析皱褶芯材夹层板中正三角和倒三角2种流道换热性能差异的基础上,提出相邻流道流向相反的改进方案。该方案可提高冷却剂的利用率,使结构温度分布更加均匀。相比于具有相同几何参数的波纹芯材夹层板,皱褶芯材夹层板具有更好的换热性能,但同时以更大的当量密度和进出口压降损失为代价。比较几种常用的热效率指标,并定义了一种同时考虑换热性能、泵功率和结构质量的热效率指标,再分别以不同的热效率指标为目标函数,对皱褶芯材的几何参数L、W和S进行初步优化设计。     

Use of pallet-type structures in Shuttle-attached and free-flying modes

Modular pallet-type structures, designed for optimal usage of the Space Shuttle as a launch vehicle, can be used in three mission modes—Shuttle-attached, attached to an orbiting Power Module, or as fully autonomous free flyers. The requirements for such structures are defined and three structural solutions—the Spacelab pallet, a cubic framework structure and a honeycomb panel structure—are described. System and subsystem concepts of varying complexity and autonomy are indicated and their applications to several typical payload examples are shown.