运载火箭全箭动力学建模技术进展

来源 :2013中国力学大会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingtianleng
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总结了国内外运载火箭全箭动力学建模技术的进展.介绍了运载火箭全箭动力学建模的意义和应用领域.系统性地阐述了国外运载火箭的建模进展情况以及国内运载火箭全箭动力学特性建模的发展历程.国内运载火箭全箭动力学特性建模工程上仍以梁模型为主,但梁模型是对运载火箭三维结构的一种简化,存在若干弊端.全面剖析了运载火箭梁式建模的局限性,提出了三维建模方法是运载火箭全箭动力学建模发展之必然趋势的观点.
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建立了大型壳体结构轴向非分段式高温热试验装置.设计了小直径(14mm),大功率的超长石英灯加热器(2.25 m),使用自行研制大功率可调式供电装置,提高单区域大面积加热源的调控能力,实现了2.1m的大型壳体结构单区域整体连续加热试验研究.
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针对大尺寸蜂窝夹层结构数值仿真问题,分别采用shell-solid全尺寸精细方法和层合板方法对蜂窝结构进行模拟.通过小样试验和数值仿真对比,认为层合板方法模拟蜂窝结构能得到较好的计算精度,且与shell-solid全尺寸精细方法相比,能极大的提高计算效率.结合目前国内某型号大尺寸,大载荷蜂窝夹层结构设计,采用层合板方法进行了结构力学性能计算.
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国际空间站太阳翼伸展机构FASTMast预弯曲柔性框是典型的后屈曲问题,且在展开,收拢过程中存在大变形.为准确描述该力学行为,基于梁的几何非线性大挠度理论,建立了两端铰支梁的大挠度后屈曲数学模型.通过数值方法求解强非线性微分方程,得到了后屈曲过程中承载力,挠度和应变等力学性能参数.结合两种典型的梁结构,应用该方法进行了计算.
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会议
针对泡沫夹层椭球结构,在考虑结构面板脱黏的位置,面积,脱黏间隙等因素的基础上,研究这些缺陷对结构外压稳定性的影响.通过解析法和有限元方法得到局部和整体结构失稳极限载荷.研究发现,在外压作用下,脱黏缺陷会极大降低结构的整体稳定性,脱黏后的结构极易发生局部失稳,面板皱折甚至夹芯断裂等破坏模式.
会议
为研究宽频高强噪声环境二维平纹编织陶瓷基复合材料的破坏机理,从宏观唯象角度分析了带层间铆钉二维陶瓷基复合材料的强度薄弱部位,阐述了气动噪声环境薄壁结构的振动特性,并通过典型复合材料薄板有限元模型在噪声激励下的位移和加速度响应进行了数值验证.
会议
以典型航天器结构为研究对象,针对火工品爆炸冲击响应预示问题开展研究.将航天器系统分解为若干个子系统来建立SEA模型,并根据子系统间的耦合关系构建系统的功率流平衡方程组;以输入冲击响应谱作为SEA模型的输入谱,计算得到各子系统的时域响应和冲击响应谱.
会议
针对以大型运载火箭为代表的变质量航天器结构动力学分析问题,提出了变质量系统的变作用哈密顿原理,该原理适用于变质量线性和非线性系统.利用变质量系统哈密顿原理建立了线性时变质量柔性结构的动力学方程.基于加权残值法推导出一种时变结构动响应计算的时间有限元方法,在时元内对质量,刚度,阻尼和载荷采用线性插值,对位移采用三次Hermite插值.理论分析表明,算法是有条件稳定的,与其对应的时不变算法具有较高精度
会议
针对高温环境下飞行器结构动力学分析与试验技术研究,重点开展了热模态,热噪声,热振动中的高温环境下的激励技术,复合环境模拟与施加技术,边界条件模拟技术,高温测量技术,基于温度变化过程的结构模态参数识别技术等.建立了热模态试验方法和预示方法,针对典型结构开展了稳态,瞬态温度条件下的模态试验,初步揭示了高温环境下飞行器结构模态特性变化规律,实现试验技术与预示方法相互验证.
会议
阐述了FE-SEA混合方法的基本理论,建立了确定性子系统与统计性子系统响应之间的联系.开展了SEA系统模态密度,耦合损耗因子,输入功率,质量等参数的修正方法的研究,为中频力学环境下的精细化建模奠定基础.探讨了FE-SEA混合方法的适用频段范围,以此作为结构声振响应预示时频带划分的依据.以典型结构件为对象进行了中频力学环境下的建模方法研究,对该方法进行了试验验证,并将该方法应用到了结构声振响应预示当
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