MEMS“三明治”倾角传感器的仿真分析和优化设计

对MEMS“三明治”式倾角传感器进行结构优化设计，敏感元件采用双梁-质量块结构，其中可动质量块通过双梁和周围框架相连，可动质量块和上下盖板构成上下差分电容。外界给定某一加速度时，上下间隙此消彼长，从而导致电容量发生变化。通过建立敏感元件的静力学模型，获得敏感元件的关键尺寸与其性能参数的关系，基于体硅工艺建立敏感元件的三维工艺模型，并采用ANSYS有限元仿真对敏感元件的灵敏度、线性度、谐振频率等参数进行分析计算，结果表明：敏感结构的一阶谐振频率为576.68 Hz，灵敏度为0.76 pF/g，±30°、±90°对应的线性度分别为0.8‰、3‰，均符合设计要求，最后给出了倾角传感器敏感元件的加工流程。     

导引头部件结构动态特性分析

导引头部件为螺栓装配体结构。为了准确分析装配体结构动态特性,利用弹簧、阻尼模型等效螺栓结合部对装配体结构动态特性的影响,在MSC.Patran中建立了导引头部件等效的有限元模型,用Nastran对其进行了模态分析。利用DASP系统对导引头部件进行模态试验,通过模态试验结果和有限元模态分析结果的对比,验证了有限元模型的正确性,表明等效的有限元模型能够正确表达导引头部件的动力学特性。
     

考虑螺纹细节的螺栓预紧过程仿真分析研究

采用考虑螺纹细节的有限元模型对螺栓预紧过程进行仿真分析。研究了摩擦系数、支撑结构材料对螺栓扭矩系数、受力变形和螺纹扣的受力分配的影响。提出了根据螺栓变形计算螺栓相对刚度系数的方法。与传统的理论和经验结果对比表明,基于该精确模型的仿真能准确反映螺栓预紧过程,提高螺栓预紧力设计和强度校核准确度,为实现复杂连接结构螺栓预紧力精确设计和验证提供了有效解决途径。     

考虑零件蠕变-松弛时凸缘联接系统的密封模糊可靠性

凸缘联接系统作为一种方便的可拆卸连接,这种连接结构不仅要求各连接元件在预紧和操作情况下不发生强度破坏,同时还要求满足一定的密封性能.应用蠕变-松弛理论和模糊可靠性理论,将垫片、螺栓和凸缘环作为一个整体,考虑凸缘联接系统各零件之间变形协调、力的平衡和各零件蠕变-松弛作用,提出了在预紧和操作情况下,计算凸缘联接系统载荷与变形随时间变化的新方法.在此基础上,对其密封模糊可靠性随时间的变化进行了研究.算例结果表明,提出的新方法是可行的.     

径向密封设计及预紧力分析

主要描述了航天器结构设计中所采用的三种径向密封结构形式以及密封力的计算方法。在密封容器内压作用下,控制密封法兰两螺栓间的挠度变形,使两螺栓间法兰的间隙不大于0.1～0.2mm,从而达到满意的密封效果。同时,在密封实施过程中通过控制连接螺栓的拧紧力矩来确保密封法兰间的压紧力,通过紧固件的防松处理,提高法兰连接的可靠性。     

基于混合变量的导弹舱段径向连接结构综合优化设计

针对导弹舱段径向连接结构的优化设计,研究其优化模型的建立及求解。该优化问题同时涉及尺寸、形状及拓扑优化,是一个综合优化问题。将离散变量螺栓规格及螺栓个数,与连续变量连接段的细节尺寸同时引入优化模型作为设计变量,实现对混合变量的同步优化,在满足结构强度与刚度约束下,实现结构质量最小的优化目标。建立了该结构综合优化设计的优化模型,并基于多学科优化平台i SIGHT成功求解,得到的优化结果在工程校核过程中满足工程设计要求。实现了对导弹舱段径向连接结构综合优化设计问题的通用建模,对复杂结构系统优化问题具有一定的应用参考价值。     

关节铰间隙对漂浮基星载天线扰动研究

为了研究关节铰间隙对星载天线扰动,建立了铰间隙矢量矩模型,采用非线性弹簧阻尼及修正库仑摩擦建立了铰间隙碰撞力和摩擦力模型;进一步推导了理想铰和含间隙铰变拓扑结构的漂浮基星载天线多体系统动力学模型。通过接触碰撞判别准则,将系统的几何约束转化为力约束,使得系统无拓扑结构变化,便于系统的全局仿真。最后对理想铰与含间隙铰的漂浮基星载天线系统仿真分析,结果表明,较小间隙对星载天线位姿和指向影响很小,但极大增加关节的碰撞力,随着时间流逝,其位姿和指向精度偏差变大,但由于非线性阻尼的存在,碰撞力逐渐变小,最终保持接触状态。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。
     

改进的螺栓连接结构建模方法及其在导弹设计中的应用

对存在接触、摩擦和预紧等非线性因素的螺栓连接结构有限元建模方法进行对比研究,建立了面向某型导弹舱段径向连接结构的求解效率高、适用性强的有限元模型,并分析求解。研究从不同形式的连接结构建模策略和螺栓预紧力施加手段两方面展开,通过基础平板连接结构,验证了4种组合建模方法的精度和有效性,对比优选出最优的建模方法。仿真结果表明,梁单元配合多点约束的建模方法配合直接施加法的预紧力施加方法,是一种可实现导弹舱段径向螺栓连接结构高效求解的有限元建模方法。本研究可作为导弹结构在方案设计阶段的理论基础,同时为下一步的结构优化设计提供有效的技术支持,具有一定的工程应用参考价值。     

航天器预复振响应对比分析研究现状综述

对航天器预复振响应对比分析的研究现状进行了综述。介绍了航天器振动试验中预振和复振试验(简称预复振)结果不一致现象的三种典型表现形式:共振峰漂移、共振峰数量变化和共振峰幅值变化。分析相关试验研究和数值模拟文献,指出边界非线性、材料非线性和结构损伤等因素是造成预复振结果不一致的主要原因。对边界非线性,主要从间隙非线性理论研究和螺栓松动试验验证两方面讨论了边界非线性对预复振不一致的影响,发现结构间隙可造成共振峰漂移,预紧力和阻尼对频率漂移也有影响,而螺栓松动则可改变传力路径和结构导致共振峰漂移。对材料非线性,研究认为蜂窝材料特性随载荷、时间、温度等因素的变化可导致航天器结构特性改变,从而出现频率漂移。对结构损伤,研究发现这会导致航天器结构特性发生不可逆变化而造成预复振试验结果出现差异。针对目前研究以共振峰漂移问题为主,且局限于理论和仿真,尚不能应用于科研实际的现状,根据当前航天发展和工程需要,对振动试验研究的发展提出了建议:推进复杂结构系统的振动响应研究体系建设;完善航天器振动试验评价技术;加强航天器振动试验数据管理系统建设。     

弯曲载荷作用下舱段连接螺栓组载荷数值研究

鉴于工程计算方法对舱段间连接螺栓组在弯曲载荷作用下的受力问题较低的计算精度,采用有限元仿真方法研究了连接螺栓组的弯矩载荷和轴拉载荷的大小和分布规律,并进一步分析了舱段连接螺栓预紧力、螺栓数量、螺栓直径、螺栓分布圆直径及舱段法兰厚度对舱段连接螺栓组载荷的影响。结果表明,在舱段弯曲载荷作用下,螺栓的最大轴拉载荷是工程理论计算结果的1.45～2.53倍;在线弹性范围内,同时考虑螺栓轴拉载荷和弯矩载荷的最大等效轴拉载荷是工程理论计算结果的2.43～7.06倍;螺栓的弯矩载荷,显著增大了螺栓的最大应力;螺栓的最大轴拉载荷随着螺栓数量的减少、螺栓分布圆直径的减小而显著增大,其中螺栓直径大小、法兰厚度的影响较小;螺栓的最大弯矩载荷随着螺栓数量的减少、螺栓直径的增大、螺栓分布圆直径的减小、法兰厚度的减小而显著增大。     

卫星推进系统管路装配技术研究

球头联接件作为卫星推进系统管路装配中的重要零件之一,关系到整个卫星在轨运行能否高可靠及长寿命。针对卫星推进系统管路球头结构联接形式的具体特点,文章通过球头螺纹力学分析,计算了球头结构的最大及最小拧紧力矩值。并采用接触非线性有限元方法对球头结构进行了建模分析,分别得出了在最大及最小载荷工况下球头螺栓的等效应力分布和接触应力的大小,得出了不同力矩和密封宽度、接触面积以及平均接触应力的对应关系,确定球头安装的理论合理力矩值范围。     

非线性连接结构对一个典型卫星频率漂移的影响

文章针对一个典型的卫星桁架结构建立了三自由度运动模型,分别引入间隙非线性和Iwan模型描述了非线性连接结构;利用数值方法研究了系统的频率漂移,讨论了间隙大小、预紧力（重力）、系统阻尼、随机间隙及Iwan模型的参数对频率漂移的影响;对比了两种非线性连接结构下系统频率漂移的特点。研究表明,间隙结合预紧力条件可令结构呈现“硬弹簧-软弹簧”特性的频率漂移,迟滞和间隙两种非线性引起的频漂在幅频曲线上表现出不同的特点。     

螺栓连接结构接触面刚度识别方法

针对线性范围内的螺栓连接结构开展研究。在薄层单元理论基础上,提出了一种螺栓连接结构接触面刚度识别方法。采用正交各向异性本构关系的薄层单元模拟接触面,忽略螺栓和螺孔的影响,建立单个螺栓和多个螺栓搭接2种结构的初始有限元模型;根据试验模态参数,识别连接部位薄层单元材料参数。识别后,2种连接结构前四阶模态频率的计算结果最大误差不超过3.5%,表明识别后的薄层单元能准确反映接触界面的力学特征;文中方法适用于单个螺栓搭接和螺栓较密集工况的准确模拟。     

螺栓室温应力松弛试验研究

提出了一种改进的应力松弛试验方法,并用改进的装置测量了法兰接头紧固螺栓的室温应力松弛值,拟合了松弛方程曲线.根据螺栓应力松弛模型无温度变量的特点,利用L-M方法把温度引入了松弛模型,据此可推算在一定范围内某一温度和时间下的应力松弛指标.     

挤压螺栓推力终止系统在固体火箭发动机中的应用

推力终止是固体火箭发动机研制中的一项新技术,挤压螺栓推力终止系统则是推力终止方案中比较好的一种.对各种推力终止方案的特点及优缺点分别作了介绍,并着重叙述挤压螺栓推力终止系统的工作原理和结构,给出了螺栓拉伸应力的计算公式.     

含间隙铰链的非线性动力学建模及数值分析

针对空间可展开机构中的含间隙铰链,建立非线性动力学模型,研究其非线性动力学特性。将含间隙铰链实体等效为"T"字型梁模型,针对两侧端部的径向碰撞和侧向碰撞,首次提出了碰撞点的检测算法。针对不同的碰撞类型,建立相应的非线性接触力和摩擦力分析模型,将碰撞点处的作用力等效施加到"T"字型梁模型上。进行"T"字型梁模型在轴向冲击载荷下的动力学特性分析,并与ANSYS软件的分析结果进行比较,验证了含间隙铰链非线性动力学模型的有效性。分析了有多个含间隙铰链的可展开桁架动力学响应特性,研究含间隙铰链对桁架响应的影响机理。结果表明:采用含间隙铰链的动力学模型,可以更加精确地分析可展开桁架结构的非线性动力学响应,为可展开桁架结构的动力学设计提供支撑。     

导弹-运弹车系统的联合振动特性的计算

将导弹-运弹车系统简化为双梁计算模型,应用李兹法求解其联合振动特性。实例计算表明,本处理方法简化了计算的复杂性,可在微型机上实现编程计算。     

橡胶"O"形密封圈结构参数和失效准则研究

利用大变形、接触的非线性有限元理论建立了某固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,用有限元软件计算出该结构在工作状态下的变形和应力。通过计算可知,在橡胶“O”形密封圈与上下法兰接触的位置产生最大的接触压应力,在密封槽槽口转角位置产生最大的剪切应力。对密封性能的各结构参数进行了分析,讨论了上下法兰张开间隙、初始压缩率、密封槽槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料等典型参数的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率对最大接触压应力的影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角半径对剪切应力影响明显。三维壳体结构的有限元分析结果表明,上下法兰在内压作用下产生不均匀的张开间隙,体现了三维结构的特点。不均匀的张开间隙与二维轴对称结果对比可知,以最小间隙作为设计间隙,二维轴对称分析模型可取代三维模型来分析该结构的密封性能。最后,确定了“O”形圈密封结构的最大接触应力和剪切应力失效准则。     

螺栓连接松动的导波监测技术综述

螺栓连接件使结构易于安装或拆卸,同时还可以承受较大的载荷,广泛应用于航空航天结构中。然而,螺栓在复杂服役环境中很容易发生松动,因此准确监测螺栓预紧力对于确保结构的可靠性和安全性具有重要意义。经过多年的发展,基于超声导波的结构健康监测方法逐渐成为螺栓连接松动监测的重要技术手段之一。对典型的螺栓预紧力导波监测方法进行了综述,包括导波能量耗散法、时间反转法、接触声学非线性法和混沌超声法等方法,介绍了这些方法的基本原理和发展现状。同时,通过实验将目前应用较多的导波能量耗散法、时间反转法进行了对比,结果表明时间反转法的监测灵敏度更高。     

含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析

以某型点波束卫星天线双轴驱动机构为研究对象,研究关节间隙对驱动机构动力学特性的影响规律。通过建立关节间隙动力学模型,并将间隙模型嵌入到虚拟样机中,进一步建立含间隙的双轴驱动机构虚拟样机。利用虚拟样机进行动力学仿真,分析关节间隙对双轴驱动机构动力学特性的影响。同时,利用多项式拟合的方法给出间隙大小对系统动力学特性的影响规律。结果表明,关节间隙会使运动副构件间发生接触碰撞,导致驱动机构执行末端动力学特性变化,影响运行稳定性,降低定位精度。且随着关节间隙的增大,执行末端的速度误差和加速度误差峰值都随之增大,使系统的运行稳定性变差。所得结论对双轴驱动机构定位精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。