火箭仪器舱结构模型的热振耦合模拟方法

传统的热振耦合方法缺乏对材料热特性变化的考虑,影响仿真分析的精度。为此,文章提出一种热特性参数与振动动态耦合的分析方法,建立动态变化的热振耦合方程,基于闪光瞬态法得到材料的热特性参数并将其应用在结构传热过程的数值仿真计算中。结果表明,是否考虑材料的热特性变化会对结构的传热过程仿真结果产生较大影响,并进一步影响结构的刚度特性仿真结果,从而造成结构模态分析偏差。采用本研究提出的动态变化的热振耦合模拟方法可提高传热仿真分析的精度和可靠度。

光纤传感器对合金结构瞬态高温应变测量的适用性研究

高温下结构应变测量数据的重复性是判断测量结果有效性的前提和基础。文章采用石英灯辐射加热技术构建瞬态辐射加热环境,以薄壁平板型合金材料结构为测量对象,对光纤应变传感器在瞬态加热环境下应变测量数据的重复性进行实验研究,以确定其对合金材料瞬态高温下应变测量的适用性。结果表明:光纤传感器与K型热电偶的测温偏离量小于1.76%;在安装面加热状态,瞬态加热温升速率最高达到18℃/s,结构最高温度达到850℃,此温度下测得的结构件最大应变为9848.2με,3次实验测量数据的重复性优于1.42%;非安装面加热状态、结构温度650℃下的3次测量数据重复性为0.95%,且与安装面加热状态、相同温度下的测量数据平均值的相对差异仅为0.67%。综上说明,所采用的光纤应变传感器适用于石英灯瞬态辐射加热环境下合金结构件的应变测量。

基于非平稳非高斯随机振动的航天结构疲劳寿命分析

随机振动试验是考核结构疲劳强度的常用方法,通常假定振动信号符合高斯分布。实际使用中存在非平稳非高斯随机振动环境,非平稳非高斯振动中的结构疲劳寿命分析有助于试验技术的提高。通过介绍非平稳非高斯随机振动的特征和生成方法,分析了跌宕周期对非平稳非高斯信号时域波形的影响。建立典型试件的有限元模型,按照波形再现振动试验的加载方法和时域疲劳寿命分析方法,研究了峭度和跌宕周期对疲劳寿命的影响。结果表明峭度和跌宕周期对疲劳寿命有显著的影响。研究结果对于提高环境试验真实度、改善疲劳寿命试验技术具有参考意义。

基于实测数据的多维振动条件制定方法研究

多自由度随机振动更真实地模拟了试件的工作环境,试验条件制定是实施多自由度振动的难点之一。针对功率谱密度矩阵条件制定中存在的不足,改进了多自由度随机振动试验条件制定方法,基于随机振动外场实测数据,利用数据统计包络方法获取最大期望功率谱密度矩阵,并对试验条件进行区域检验。设计运输振动试验并利用实测数据对方法进行了验证,结果表明该方法具备可行性和合理性,同时具有适度保守性。研究结果可为多自由度随机振动试验的精细化实施提供参考。

基于概率神经网络的航天结构响应映射预示方法

为更好地利用地面试验数据预示飞行器在真实飞行状态下的动力学环境,考虑到复杂航天结构非线性动力学特性和响应数据中的不确定性,提出一种基于概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)的响应映射预示方法。首先给出分布载荷下响应映射预示方法的理论基础,表明映射关系的建立与载荷源数目无关;然后分析引入PNN来建立映射关系的必要性,并重点介绍PNN方法进行响应预示的算法;最后利用某飞行器仪器舱噪声试验对所提方法进行验证,结果表明PNN方法在不同载荷量级、全频段均具有良好的预示精度。此外,分析了噪声激励下仪器舱结构的非线性动力学特性,结果表明PNN方法较矩阵映射法具有更加优异的预示精度。文章将确定性映射预示方法推广到概率映射预示方法,提高了映射预示方法的可信度和工程实用性。

基于有限元法的疲劳裂纹叶片振动特性研究

采用Patran软件建立了叶片三维实体模型,通过有限元软件Nastran研究了疲劳裂纹对叶片的固有频率及受迫振动响应的影响。为使结果更加敏感,分别计算未损叶片和裂纹叶片的前八阶固有频率并作平均,以此频率作为研究对象。结果表明:裂纹深度和位置对叶片频率影响很大,裂纹越深,频率越低;当裂纹远离叶片根部,叶片固有频率也增加。裂纹不仅使叶片固有频率下降,而且还引起受迫振动响应的非线性特征。

火箭增压管路多点随机激励试验技术研究

文章介绍了一种改进的管路试验方法——多点随机激励试验技术。根据管路自身的特点,该方法可以更加真实地模拟管路的工作环境。通过试验获得了在不同相干和相位条件下管路动态响应的变化规律。结果表明:相位和相干都可以改变管路动态响应,这可为管路多点振动试验条件的设计或选取提供依据。

基于有限元法叶片裂纹的诊断研究

在Ansys中建立了叶片模型,对裂纹叶片进行了动力学分析。结果表明,裂纹深度和位置对叶片固有频率影响很大。裂纹越深,固有频率越低;裂纹位置不变,叶片谐响应幅值随裂纹深度的增加而增加;裂纹深度一定时,叶片谐响应幅值随裂纹远离叶根而降低。这为叶片裂纹的监测与诊断提供了依据。

舵操纵机构角频率特性试验技术

操纵机构是舵系统重要组成部分,其结构弹性影响舵系统的动态性能。介绍了一种操纵机构频率特性试验方法,通过设计弹上安装边界,利用基础角运动激励模拟舵机激励,获得了某操纵机构重要环节的频率特性,分析确认了结构刚度薄弱位置。该方法可以提前评估操纵机构结构设计。

非高斯多维随机振动分析

在文中介绍了用乘积模型表征非平稳非高斯随机振动的方法。在乘积公式中,载波控制自谱和互谱,调制波控制峭度和跌宕周期。一个计算模型用以模拟航天结构承受两点加速度激励的应力响应和累积损伤。计算结果表明两个模型适合用作非平稳非高斯多维随机振动的分析。

四作动器驱动摆动伺服系统动特性研究

介绍了一种四作动器驱动的摆动伺服系统动特性研究方法。基于推导的摆动机构空间运动方程,设计了运动控制系统,通过控制四个伺服作动器同步运动,驱动摆动机构来实现正弦扫描运动。试验获得了摆动伺服系统的频率特性,并识别了结构谐振频率及振型,通过分析定位了结构弱刚度部位,为结构改进和控制系统设计提供了重要依据。本研究可为其它类似复杂伺服系统的动特性评估提供借鉴。

压力振荡环境的表征与模拟

讨论了压力振荡环境的描述方法。首先估计了实测信号的高阶矩,旨在说明振动环境的非高斯分布。然后用MIL-STD-810G所推荐的程序构造了随机过程的单个实现。所推荐的程序包括基于预示随机加正弦谱的产生随机时间历程,用小波系数或者用时域矩的基于外测时间轨迹信息的产生随机时间历程。此外,基于奇异值分解的卡尔汉恩—勒夫表达式也被用来产生随机时间历程。最后,为满足振动信号的非高斯分布,特别关注了规定自谱密度和概率密度函数的随机时间历程的生成。结论是,在所有推荐的方法中,通过累积分布函数匹配和基于奇异值分解方法随机产生的时间历程的偏度和峭度最接近外测信号的值,而用卡尔汉恩—勒夫表达式产生的随机时间历程与外测信号更类似。

多自由度振动环境下惯组非线性传递特性研究

惯组作为飞行器姿控系统的传感器,其局部安装结构的传递特性的测量精度直接关系到导航精度。目前,惯组普遍使用减振器进行隔振,而减振器都呈现出较强的非线性特征。为了考察惯组在不同工况下的传递特性,将惯组简化为六自由度Duffing模型,推导了基础激励下系统的运动微分方程,并用龙格-库塔法对方程进行求解,分析了自由衰减振动和强迫振动下不同工况的系统传递特性。结果表明,多自由度激励比单自由度激励工况得到的系统传递特性的频率和幅值都低。考虑到惯组真实的使用环境,应当在多自由度振动环境下进行传递特性试验。

基于线角耦合分析的大型舱段角振动传递特性试验方法研究

火箭捷联惯组的角振动传递特性是控制系统设计的重要参数,通过试验获取角振动传递特性是保证姿控系统稳定性的重要手段。大型舱段的角振动传递特性试验难度高于单惯组情况,需要研究在现有设备能力的基础上提高试验结果精度的方法。提出了基于线角耦合分析的角振动传递特性分析方法,分析了该方法的适用范围。设计梁模型算例对理论进行了验证。将该方法应用在了运载火箭仪器舱惯组支架角振动传递特性试验中,对不同试验方法得到的角振动传递特性进行了对比。基于线角耦合分析的试验方法可以提供更加准确的传递特性。研究结论可为大型舱段角振动传递特性试验的实施提供参考。

基于截面动态弯矩限幅的细长体多维振动控制方法研究

多维振动试验技术应用在细长体振动试验中能够提高试验模拟真实性。介绍了细长体多维振动试验方法,分析了振动控制中存在的过试验问题。针对细长体多维振动试验加速度限幅控制方法存在的不足,提出了基于截面动态弯矩限幅的多维振动控制方法。设计试验对基于截面动态弯矩限幅的多维振动控制方法进行了应用和验证,结果表明该方法能够有效地评估试件结构的受载状态,为振动限幅条件的制定提供依据,从而保证试验加载的安全性。该研究为细长体多维振动试验的精细化实施提供了参考。

典型航天火工品运输三轴振动加速试验方法研究

运输振动环境是典型的多轴向振动激励,针对典型火工品运输试验中仍采用单向振动加载的现状,本文分析航天典型火工品运输工况,并提出设计火工品运输试验。研究航天典型火工品运输振动条件制定方法,确定运输三轴振动条件、运输三轴振动加速试验条件。建立典型航天火工品运输三轴振动加速试验方法,通过三轴振动试验,研究了火工品在不同里程、不同试验条件下的电阻值的变化情况,获取了电阻值随着运输历程的变化规律,为火工品三轴振动加速试验提供参考。