几何参数对复合材料圆柱壳折减因子的影响

对于弹箭体结构中常见的复合材料圆柱壳结构,在计算其轴压屈曲载荷时需要对理论线性解进行折减,从而弥补实际含缺陷产品与理想的完美结构之间的差别。目前,虽然可以基于非线性有限元分析得到较为精确的折减因子数值,但是折减因子随结构几何参数变化而变化的具体规律尚未厘清。针对这一问题,研究当复合材料圆柱壳的长度、半径、单层厚度等几何参数的变化对折减因子的影响,发现无论铺层方式如何,折减因子总是与半径和单层厚度呈近似线性的正相关,而与结构长度间呈近似线性的负相关。在初始设计阶段应用这一结论,可以减少非线性有限元分析的次数,提高设计效率。

基于序列近似优化方法的加筋圆锥壳结构优化设计

为提高运载火箭圆锥壳舱段承载效率,开展轴压载荷下加筋圆锥壳结构轻量化设计。首先,建立加筋圆锥壳结构有限元模型,采用非线性显式动力学算法开展分析;然后,对比分析加筋圆锥壳结构参数灵敏度指标及中间框径向和垂直安装方式对结构极限承载性能的影响;最后,基于径向基函数代理模型和Kriging代理模型序列近似优化方法开展加筋圆锥壳结构优化设计。结果表明:腹板高度、桁条数量、翼缘厚度及耦合效应是加筋圆锥壳极限承载能力的关键影响因素,而中间框径向和垂直安装方式对结构极限承载性能的影响不显著;采用序列近似优化方法经迭代优化后,相对初始设计减重9.40%,验证了方法的有效性。

支撑结构对整流罩分离特性的影响分析

研究在载荷适配器上增加支撑结构以提升整流罩的分离特性,通过有限元软件进行整流罩分离特性仿真,研究支撑结构的直径和摩擦系数对整流罩分离特性的影响。分析发现,增加支撑结构有助于提升整流罩分离速度和安全距离,支撑直径越大,效果越明显;摩擦系数对整流罩分离速度几乎没有影响,但降低摩擦系数有助于提高罩内载荷空间的安全性。验证了在载荷适配器上增加支撑结构以提升整流罩分离性能的可行性,对整流罩分离系统的设计具有参考意义。

大承载复合材料夹层壳段结构优化设计与分析

碳面板铝蜂窝夹层结构是将高强度的碳面板和低密度的蜂窝芯子共固化形成的复合式结构,具有比强度高和比刚度高等优异特性,可在保证承载能力的同时显著降低结构质量,同时具有广泛的适应性,在国内外航天器结构中得到了大量应用。在此次研究中提出一种大承载的碳面板铝蜂窝复合材料夹层壳段结构的设计方案,并对该结构的传力路线进行优化设计和轴压试验验证,同时建立数值分析模型并结合渐进损伤分析方法对壳段结构进行承载分析,分析结果与试验结果高度吻合,验证了该方法的准确性,为中国大承载碳面板铝蜂窝夹层结构的设计和分析工作提供了重要方法依据。

复合材料栅格结构设计与分析方法研究

复合材料具有比强度高、比刚度高和可设计性强等许多优异特性。由碳纤维树脂基复合材料成型的栅格结构,通过斜向筋条进行传力,可在保证承载能力的同时显著降低结构质量,具有广泛的适应性,因此在国外航天器结构设计中得到了大量应用。设计了复合材料栅格结构的代表性叉型单元并开展了试验研究,同时创新性地提出了基于修正最大应力准则的复合材料栅格结构渐进损伤分析方法,分析结果与试验结果高度吻合,验证了该方法的准确性,为复合材料栅格结构的设计和分析工作提供了重要方法依据。

复杂布局问题:航天器舱布局方案设计(英文)

以航天器舱布局方案设计为背景 ,研究带性能约束的复杂布局问题的求解策略、模型、算法及其在航天器设计中的应用 ,同时讨论了尚存在的问题 .从实用化角度出发 ,实现人机结合 ,充分发挥人机各自特长 ,并使之具有可操作性 。

某型导弹舱段连接结构强度可靠性灵敏度分析

研究了某型导弹舱段连接结构强度的可靠性。为进行可靠性分析,首先采用非线性接触有限元法对螺钉连接舱段结构进行确定性分析,以校核结构的强度是否满足设计要求;其次,考虑了加工、设计公差造成实际尺寸的分散性,将螺钉位置和舱段厚度作为随机变量,结合确定性分析方法,引入四阶矩法对舱段连接结构进行了强度可靠性分析以及随机变量灵敏度分析。分析结果表明,在充分考虑随机变量的分散性时,舱段结构强度失效概率为1.18×10-3;灵敏度分析发现,舱段连接段的厚度是影响舱段结构强度可靠性的主要因素。

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。

旋转舱中长方体群的装填布局优化

本文研究一类带动、静平衡及不干涉性等动静态性能约束的旋转舱长方体群的装填布局优化问题;提出了一种利用灵敏度分析及摄动技巧、模拟实际旋转舱装填布局实验过程的启发式算法——拟实验法。并与人机交互相结合,实现待布物(如仪器)在旋转舱中有两个安装面的承重板上的优化布局,为解决带动静态性能约束的三维装填布局优化问题提供了一种启发式算法和途径。

微重力条件下舱内对流换热的地面质-热比拟

运用热量传递和质量传递的相似比拟原理，对载人航天器地面模拟舱内空气的对流换热和对流传质进行了理论分析，对萘升华质－热比拟实验技术用于微重力舱内对流换热地面模拟的可行性进行了讨论。提出了一种工作压力和模型尺寸保持的抑制自然对流的地面模拟技术，并用数值方法对其进行了验证。结果表明，这一技术可用于载人航天器工作舱内对流换热的地面模拟实验。

大型柔性整流罩分离特点仿真分析

建立整流罩刚体及弹性体有限元模型,联合大型商用软件MSC.Nastran及LS-DYNA对新一代大型运载火箭整流罩分离过程进行仿真分析。通过与刚体模型对比,分析分离过程中整流罩自由模态、变形特点、运动轨迹、能量变化及呼吸运动对分离角速度、罩内可用包络空间的影响。结果表明,整流罩呼吸运动对罩内可用包络空间影响最大区域为后柱段下端,对整流罩质心运动轨迹影响较小,能明显减小过顶角速度及脱钩角速度,使过顶、脱钩时间有所延迟,致分离弹簧势能损失约36%。结论可为整流罩分离系统优化设计、提高整流罩分离可靠性等提供重要参考。

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。

高温气体增压对液氧贮箱壁面温度影响研究

新一代运载火箭液氧贮箱普遍采用高温氦气增压方案,高温气体进入液氧贮箱后对贮箱壁面进行加热,贮箱壁面温度的升高会引起材料机械性能变化而影响贮箱壁厚的设计参数,进而影响到全箭性能。通过研究,提出一种分析高温气体增压下液氧贮箱壁温的一维分布参数模型,使用该模型的计算结果与试验结果吻合良好。以此模型为基础,对影响贮箱壁温的3个主要因素进行分析。

舱体结构强度有限元计算分析

选取载荷最大的舱体为对象,介绍使用ABAQUS软件进行舱体强度有限元分析的方法,计算中把舱段弯矩较大的一端固支,另一端施加等效剪力和轴力,是与强度试验比较一致的一种方法。此舱体在3种工况下的载荷较大,对3种工况下舱体的强度和刚度进行计算,计算结果表明,舱体的强度和刚度满足使用要求。

航天器舱自动化布局设计的若干科学问题

航天器(卫星、飞船等)舱自动化布局设计在数学上属组合最优化、Packing、NPC问题,在工程上属概念设计和方案设计问题.存在的主要困难是:布局问题描述复杂,建模和求解困难,既要解决数学上的组合爆炸问题,又要解决工程系统的复杂性问题,以达到工程上的实用.在综述国内外有关进展的基础上,介绍了该课题组近15年来的阶段性研究进展,重点讨论:(1)模型和求解算法;(2)干涉计算;(3)布局拓扑模式;(4)布局方案评价;(5)工程实用化等5个关键科学问题.

重复使用贮箱结构选材及评价标准研究进展

可重复使用低温贮箱是发展重复使用运载器的关键领域之一。本文从国外重复使用贮箱结构材料选用及评价标准、国外贮箱结构设计取值方法及材料体系、贮箱结构材料试验体系三方面综述了重复使用贮箱结构材料选用及评价标准研究进展。系统介绍了泡沫材料、先进铝锂合金材料以及复合材料等在重复使用低温贮箱上的应用情况以及评定上述材料的试验方法。

再入飞行器复合材料舱段极限应力强度分析

由于缺少可靠实用的极限强度分析方法,复合材料结构的设计长久依赖于试验验证手段确保设计可靠度,产品研制难度大。该文发展此前研究提出的通用强度失效准则和算法,开展再入飞行器复合材料舱段的应力强度分析方法应用研究,对设计重点关注的典型蒙皮与端框结构,建立有限元模型,预示其极限承载能力并与实测数据对比,结果表明:复合材料舱段极限强度的预示与实测结果吻合良好,对端框复杂结构预示精度能够达到-14.2%量值水平,复合材料舱段的结构强度可靠度有条件通过设计计算来保证。

火箭飞行载荷测量的非线性耦合效应模型

介绍了飞行载荷测量的技术现状,首次开展了国内火箭飞行载荷测量工作,并新增了复合载荷的精度试验工况,发现了大量程载荷对小量程通道的强耦合效应。通过建立多试验状态的线性与非线性耦合效应的载荷矢量拟合模型,将测量误差从70%降低至13%,比主灵敏度线性度大5倍,相关系数提高至0.996,比主灵敏度低一个量级,基本满足载荷测量要求。对于弱耦合效应的载荷测量,采用线性耦合效应载荷矢量拟合模型,也可有效提高火箭飞行载荷测量精度,测量误差为主灵敏度线性度的两倍。

我国航天运载器复合材料贮箱应用展望

对国外复合材料推进剂贮箱发展历程进行了系统的调研和综述,提出了复合材料在推进剂贮箱中应用的若干关键问题,包括材料、结构设计技术、成型工艺、无损检测与健康监测技术及试验测试技术等。根据国内复合材料发展情况,对我国航天运载器复合材料贮箱前景进行了展望,提出了分阶段实现复合材料贮箱应用的途径,为我国未来复合材料贮箱发展提供一定指导。

大型贮箱结构及工艺性研究

通过分析贮箱的类型及特点,研究贮箱放置布局,并以土星V为例研究分析了大型贮箱结构特点和制造的工艺性,提出了大型贮箱结构方案和制造工艺的发展方向。