复杂卫星结构火工冲击环境预示方法及模拟技术研究
发布时间：2023-11-25 00:01
星箭分离火工冲击环境是指卫星和火箭分离时由于火工装置动作在卫星结构上引起的具有高频、瞬态和高量级的特点的冲击响应。这种冲击环境对卫星的主体结构影响较小,但往往会造成星载设备中对冲击敏感的精密设备或元器件故障或损伤,从而引起严重后果。因此许多精密设备和元器件在发射前都需要进行冲击试验以考核其抗冲击性能。然而,星箭分离火工冲击环境的准确预示及地面冲击试验条件的快速模拟仍是航天工程中的难题。在这样的背景下,开展星箭分离火工冲击环境的准确预示方法及模拟技术研究对卫星总体结构设计、冲击试验条件制定和火工冲击试验环境快速实现等都具有十分重要的意义。本文以某型复杂卫星结构的星箭分离火工冲击环境的准确预示和精确模拟为研究目标。首先建立了火工冲击源有限元模型,并通过近场冲击试验对模型进行了验证。在有限元模型基础上采用Hydrocode程序模拟了火工分离螺栓的解锁过程,指出了爆炸冲击和应变能释放冲击是火工冲击源的两个组成部分。通过分析测点的火工冲击响应,揭示了火工冲击源的两个组成部分,即爆炸冲击和应变能释放冲击在时域上存在先后关系,在冲击响应谱频域上两者的包络值等于火工冲击的冲击响应谱的重要耦合规律。其次...
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究目的和意义
1.2 火工冲击源预示方法及响应特性现状分析
1.2.1 近场冲击试验
1.2.2 Hydrocode数值方法
1.3 中远场冲击环境预示方法现状
1.3.1 经验模型法
1.3.2 数据外推法
1.3.3 动力学有限元方法
1.3.4 瞬态统计能量分析方法
1.3.5 虚拟模态综合法
1.4 火工冲击环境模拟技术现状分析
1.4.1 火工爆炸式
1.4.2 机械撞击式
1.4.3 电动振动台
1.4.4 激光激励式
1.5 待解决的问题
1.6 本文的主要研究内容
第2章 火工冲击源近场建模及冲击特性
2.1 引言
2.2 火工分离螺栓工作机理
2.3 火工分离螺栓的有限元建模
2.3.1 火工分离螺栓材料模型
2.3.2 ALE算法
2.3.3 预应力加载
2.3.4 模型精度估计
2.4 分离冲击试验验证
2.5 火工分离螺栓解锁过程模拟
2.5.1 分离解锁过程
2.5.2 压强冲击特性
2.6 火工冲击近场响应特性研究
2.6.1 火工冲击源的组成
2.6.2 不同预应力下火工冲击的影响
2.6.3 冲击源耦合特性研究
2.7 本章小结
第3章 火工冲击界面力函数提取方法研究
3.1 引言
3.2 星箭分离中场模型
3.2.1 星箭分离中场结构建模
3.2.2 星箭分离中场模型修正
3.3 火工冲击星箭界面力函数
3.3.1 典型卫星结构模型
3.3.2 界面力函数特性分析
3.4 本章小结
第4章 复杂卫星结构火工冲击响应预示
4.1 引言
4.2 理论推导
4.2.1 基于加速度频响函数的虚拟模态综合法
4.2.2 带宽平均技术
4.2.3 混合法基本理论
4.3 航天器典型结构冲击环境预示研究
4.3.1 航天器典型结构FE-SEA混合法建模
4.3.2 航天器典型结构的冲击试验
4.3.3 加载板结构冲击响应计算及对比
4.3.4 响应板结构冲击响应计算及对比
4.4 复杂卫星结构冲击响应预示
4.4.1 复杂卫星结构FE-SEA混合建模
4.4.2 冲击响应计算
4.5 整星分离冲击试验验证
4.5.1 复杂卫星火工分离冲击试验
4.5.2 结果与讨论
4.6 本章小结
第5章 基于轻气炮激励的冲击环境模拟技术研究
5.1 引言
5.2 装置设计及冲击试验
5.2.1 冲击环境模拟装置结构设计
5.2.2 冲击环境模拟装置的冲击试验
5.3 冲击环境影响因素及规律研究
5.3.1 冲击响应谱三要素
5.3.2 最高期望飞行环境
5.3.3 轻气炮气室压强的影响
5.3.4 连接杆定位孔的影响
5.3.5 加载板厚度的影响
5.3.6 橡胶减冲器的影响
5.3.7 测试设备的影响
5.4 算例验证
5.4.1 冲击响应谱的标准化
5.4.2 冲击环境的模拟及分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3866861
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究目的和意义
1.2 火工冲击源预示方法及响应特性现状分析
1.2.1 近场冲击试验
1.2.2 Hydrocode数值方法
1.3 中远场冲击环境预示方法现状
1.3.1 经验模型法
1.3.2 数据外推法
1.3.3 动力学有限元方法
1.3.4 瞬态统计能量分析方法
1.3.5 虚拟模态综合法
1.4 火工冲击环境模拟技术现状分析
1.4.1 火工爆炸式
1.4.2 机械撞击式
1.4.3 电动振动台
1.4.4 激光激励式
1.5 待解决的问题
1.6 本文的主要研究内容
第2章 火工冲击源近场建模及冲击特性
2.1 引言
2.2 火工分离螺栓工作机理
2.3 火工分离螺栓的有限元建模
2.3.1 火工分离螺栓材料模型
2.3.2 ALE算法
2.3.3 预应力加载
2.3.4 模型精度估计
2.4 分离冲击试验验证
2.5 火工分离螺栓解锁过程模拟
2.5.1 分离解锁过程
2.5.2 压强冲击特性
2.6 火工冲击近场响应特性研究
2.6.1 火工冲击源的组成
2.6.2 不同预应力下火工冲击的影响
2.6.3 冲击源耦合特性研究
2.7 本章小结
第3章 火工冲击界面力函数提取方法研究
3.1 引言
3.2 星箭分离中场模型
3.2.1 星箭分离中场结构建模
3.2.2 星箭分离中场模型修正
3.3 火工冲击星箭界面力函数
3.3.1 典型卫星结构模型
3.3.2 界面力函数特性分析
3.4 本章小结
第4章 复杂卫星结构火工冲击响应预示
4.1 引言
4.2 理论推导
4.2.1 基于加速度频响函数的虚拟模态综合法
4.2.2 带宽平均技术
4.2.3 混合法基本理论
4.3 航天器典型结构冲击环境预示研究
4.3.1 航天器典型结构FE-SEA混合法建模
4.3.2 航天器典型结构的冲击试验
4.3.3 加载板结构冲击响应计算及对比
4.3.4 响应板结构冲击响应计算及对比
4.4 复杂卫星结构冲击响应预示
4.4.1 复杂卫星结构FE-SEA混合建模
4.4.2 冲击响应计算
4.5 整星分离冲击试验验证
4.5.1 复杂卫星火工分离冲击试验
4.5.2 结果与讨论
4.6 本章小结
第5章 基于轻气炮激励的冲击环境模拟技术研究
5.1 引言
5.2 装置设计及冲击试验
5.2.1 冲击环境模拟装置结构设计
5.2.2 冲击环境模拟装置的冲击试验
5.3 冲击环境影响因素及规律研究
5.3.1 冲击响应谱三要素
5.3.2 最高期望飞行环境
5.3.3 轻气炮气室压强的影响
5.3.4 连接杆定位孔的影响
5.3.5 加载板厚度的影响
5.3.6 橡胶减冲器的影响
5.3.7 测试设备的影响
5.4 算例验证
5.4.1 冲击响应谱的标准化
5.4.2 冲击环境的模拟及分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3866861
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