爆炸载荷作用下卫星星体冲击响应分析及缓冲方案研究

发布时间：2017-07-31 00:12

  本文关键词：爆炸载荷作用下卫星星体冲击响应分析及缓冲方案研究

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【摘要】：随着人类太空事业的发展,对于外太空的探索越趋越远,从地面到既定轨道的时间内每一刻都可能发生未曾料想的失败,故而对飞行器的要求也趋于越发精制细密。本论文旨在研究如何减轻微小卫星对于火工装置所引起的爆炸冲击的响应。自上世纪60年代后,关于此类方法的总结也有很多,例如减小冲击源,隔离冲击源,改善某些仪器所用的材料等等。本论文讨论采用垫片和垫圈作为局部缓冲措施的方案并通过更改垫片个数,材料属性,排列顺序依次进行冲击响应分析,将分析所得到的结果进行对比。本文的主要工作内容如下:1.基于传统的混合坐标法,在对星体进行几何模型分析以及受力特性分析后建立行之有效的有限元模型,本论文中主要做出的等效简化为为将各接头简化为实体单元,将管状框架梁,蜂窝板,支架简化为壳单元,螺栓螺钉简化为梁单元,各种电子元器件和科学实验仪器简化为质量点单元。2.利用波形综合法中的正弦窗波对冲击响应谱进行时域上的合成,并将合成的时域载荷加载到模型载荷作用点上以得到加载点处的加速度谱,并将其和标准谱进行对比。3.对频域载荷合成为时域载荷过程中的参数进行修正,通过对其幅值和延长时间的反复迭代修改获得在容差范围内的响应谱曲线。冲击响应的分析中选择直接积分法。4.在增加缓冲机制的方法中详细探究了关于垫片叠放顺序,垫片个数,材料参数的不同对缓冲的作用,将各类结果予以总结比较。又以垫圈作为缓冲机制与垫片的缓冲效果对比。经过本文的分析对比,最终得到的结论有以下四点:1,利用波形综合法中的正弦窗波对冲击响应谱进行频域对时域的转化算法是可行的,由对基波振幅和延迟时间的修正最终得到在容差范围内的响应谱。2,经历修正后的时域冲击信号转化为冲击响应谱只要在一定的容差范围内我们就认为系统所受的的冲击便是如此。3,通过给系统增加缓冲机制可以确定垫片对于缓解冲击确实是有效的,继而通过对垫片个数和材料属性的更改得到结论:增加垫片数量是有效的,然而继续增加垫片数量所能达到的效果不再突出;通过改变垫片刚度的分析结果可知小刚度材料对于冲击缓冲的作用更大,而改变垫片的排列顺序对于缓冲结果并无影响。4,通过比较垫片和垫圈对于冲击缓冲的作用可知,垫圈所能达到的缓冲效果是垫片缓冲效果的大约1.5倍。考量到时间成本和价格成本,可知垫片是非常可取的缓冲方式。
【关键词】：冲击响应谱 冲击信号修正 直接积分法 冲击缓冲
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 本文研究的背景10-11
• 1.2 爆炸冲击所致飞行失效的原因总结11-13
• 1.2.1 继电器和开关颤振11-12
• 1.2.2 电线短路12-13
• 1.2.3 零部件中污染颗粒移位13
• 1.2.4 小型轻质结构的变形13
• 1.3 冲击致使飞行器失效案例浅析13-15
• 1.3.1 冲击和振动引发失效的对比14-15
• 1.3.2 教训与总结15
• 1.4 本文的主要工作15-18
• 第2章 卫星星体有限元模型的建立18-36
• 2.1 引言18-19
• 2.2 有限元法建立模型的原理19-21
• 2.3 建立模型的关键步骤21-31
• 2.3.1 结构的几何特征分析22-24
• 2.3.2 结构连接方法和边界条件24-27
• 2.3.3 有限单元类型的选择和网格划分27-28
• 2.3.4 单元特性的定义28-31
• 2.4 卫星星体有限元模型31-35
• 2.4.1 卫星结构的有限元模型31-34
• 2.4.2 卫星星体整星的有限元模型34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 卫星星体冲击响应分析36-50
• 3.1 引言36-37
• 3.2 冲击响应分析理论基础37-43
• 3.2.1 直接积分法37-39
• 3.2.2 冲击响应谱39-43
• 3.3 冲击信号的修正43-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 局部缓冲方案研究50-58
• 4.1 引言50-51
• 4.2 采用垫片作为缓冲机制51-56
• 4.2.1 增加缓冲垫面后的分析结果51-53
• 4.2.2 单一材料垫片缓冲效果53-56
• 4.2.3 垫片叠放顺序对于缓冲效果的影响56
• 4.3 采用垫圈作为缓冲机制56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 全文总结与未来展望58-60
• 参考文献60-64
• 作者简介64-65
• 致谢65

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本文编号：596643