考虑分离特性的包带式星箭连接结构优化设计

针对高鲁棒性包带式星箭连接结构(CBJ)优化设计问题,提出一种兼顾结构的连接承载性能与分离冲击响应的包带式星箭连接结构轻量化设计方法。优化设计基于包带结构三维非线性有限元参数化模型,以连接框与夹块径向截面尺寸参数为设计变量,以结构静力学承载性能与动力学分离冲击为约束,以轻量化为目标。针对优化中设计空间高维度、非规则导致的算法收敛困难问题,提出了基于近似模型与序列采样策略的约束序列近似优化(CSAO)算法。结果表明:算法可实现在复杂设计域内迅速收敛至最优解,相较于初始设计,优化结构的质量降低了5.62%,同时,结构连接刚度提升了19.27%,卫星下裙解锁冲击降低了18.52%,在满足性能约束的条件下减重效果明显,验证了提出方法的有效性。设计的优化构型兼顾了连接与分离特性,具有一定的工程应用价值。

基于神经网络的塑料打包带高光谱模式识别

目的建立一种快速、准确、无损的塑料打包带的检验及分类方法。方法利用高光谱在波长为350~990 nm的条件下采集52个不同来源的塑料打包带样品的高光谱数据,并对样品进行Savitzky-Golay平滑处理,同时结合主成分分析对样品进行降维。将提取到的主成分进行K-Means聚类,以聚类结果为依据建立径向基函数神经网络(RBFNN)与BP神经网络模型(BPNN)。结果打包带样品的高光谱谱图在400~500 nm、600~700 nm处有较大区别。实验共提取了5个初始特征值大于1的主成分,可以解释96.633%的原始数据。通过K-means聚类将塑料打包带样品分为6类,Calinski-Harabasz指数为28.76,RBFNN分类准确率为86.7%;BPNN分类准确率为98.1%,BPNN的分类效果更好。结论研究表明神经网络在高光谱谱图分类处理上具有较高的准确度,同时也验证了高光谱在区分检验塑料打包带类物证的可行性与科学性,为公安机关提供了一种新的检验方法。

包带式星箭锁紧装置预紧力加载一致性试验研究

包带式星箭锁紧装置作为典型的星箭对接分离机构在航天领域应用广泛,某型包带式星箭锁紧装置要求两包带施加预紧力后的伸长量相差应不大于2 mm,预紧力相差不大于0.5 kN。通过工艺试验对专用加力设备在空载状态及带载状态加力一致性进行研究,通过调节液压泵打压速度和流量分配器开度,控制施加预紧力后的两包带伸长量相差在0.5 mm以内,摸清了包带预紧力加载一致性的工艺控制要素及参数。

打包带加固砖砌体弯曲抗拉性能研究

为研究打包带加固对砖砌体抗弯性能的增强效果,对216个砖砌体试件开展了弯曲抗拉试验,并结合数值模拟,探究了不同强度的砌筑砂浆和抹面砂浆,以及不同网格尺寸的打包带网对砖砌体抗弯能力的影响。结果表明:砌筑砂浆强度对砖砌体的抗弯峰值荷载影响最大,与M1强度相比,当砌筑砂浆强度增为M2.5、M5、M7.5和M10时,沿通缝截面砖砌体的抗弯峰值荷载增幅依次为15.87%、31.11%、37.60%和44.45%,沿齿缝截面砖砌体的增幅依次为28.95%、46.16%、55.19%和56.76%;抹面砂浆的强度对抗弯峰值荷载影响较小,其主要作用在于增强打包带网与砖砌体表面的粘结,高强度的抹面砂浆与打包带共同作用能够有效提高砖砌体的抗变形能力;打包带网格尺寸主要影响的是砖砌体破坏之后的荷载回升幅度,与12.5 cm网格尺寸相比,当网格尺寸减小为7.5 cm和5 cm时,沿通缝截面砖砌体的荷载回升峰值增幅可达63.42%和130.38%,沿齿缝截面砖砌体的增幅可达73.29%和127.66%。打包带加固可为砌体结构,特别是村镇砌体结构的抗震加固工程提供参考。

基于LADRC的高速龙门式包带机TS-FNN同步控制

针对高速龙门式包带机的驱动过程平行轴产生噪声、振动和卡滞等问题,造成其驱动过程不同步的影响,提出一种降阶扩张状态观测器(reduced-order extended state observer,RESO)的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection contro,LADRC)控制器和TS型模糊神经网络(TS fuzzy neural network,TS-FNN)同步补偿器相结合的控制方法。首先,针对高速龙门式包带机单轴的噪声、摩擦力和振动对伺服系统控制精度的影响,采用RESO的LADRC算法,以抑制控制系统的外部扰动和减少参数调节数量,从而提高位置跟踪精度;同时,针对平行轴中双直线电机因参数摄动和机械耦合等不确定扰动对位置同步精度的影响,采用交叉耦合的控制方法并结合TS-FNN同步补偿器来提高两平行轴的同步精度。通过实验对比验证,所采用的控制策略能有效减少高速龙门式包带机的单轴的跟踪误差,并提高平行轴的同步误差和抗扰性。

包带约束下的星箭连接环组合力学分析

为推动星箭连接环产品的标准化、型谱化,必须精准分析连接环在卫星发射阶段的应力与变形并评估其承载能力。将星箭连接环上的力学作用分解为线性的发射过载与非线性的包带接触,采用ABAQUS软件建立接触与过载的组合分析模型,时序上的分步分析使得非线性求解能够收敛。分析结果表明:包带约束对连接环的应力、变形影响明显,该型星箭连接环最大可承载质量3 500 kg、质心高度2 m的卫星。

纸基打包带研究进展

用于固定纸箱的塑料和金属打包带不环保,而且拆除包装时还需要人工分离,不仅耗时耗力,还会影响环境。本文从绿色包装发展趋势、非纸基打包带和纸基打包带的发展现状、纸基打包带的强度性能等方面进行了综述。由于纸基打包带生产过程中的各种因素难以控制,而且其生产原料的种类繁多,制作过程繁琐,导致无法准确控制产品的品质,保持稳定的性能,不利于纸基打包带的广泛应用。因此,需要研制专用生产设备,让纸基打包带生产工艺规范化、智能化,从而保证产品性能稳定。未来,新一代纸基打包带应具有更优异的强度性能和可再制浆性。

包带连接特性及星-箭-包带连接结构耦合动力学的研究进展

包带连接结构是目前航天领域应用最广泛的星箭连接和分离机构.包带连接结构通过组件间的接触、摩擦传递载荷,在预紧力作用下实现星箭连接.各组件间的接触、摩擦力学行为随外载荷的变化而改变,从而导致包带连接刚度具有明显的非线性特征,影响火箭的运载能力以及星箭系统的动力学特性.本文对包带连接结构的局部连接特性及其对星箭整体系统动力学特性的影响进行了综述.首先介绍了国内外针对包带连接特性开展的研究工作,重点评述了有关包带连接结构的承载能力和连接刚度等问题的研究进展;随后,围绕包带连接结构在星箭系统模型中的表征及其对星箭系统动特性的影响等问题,对星–箭–包带耦合动力学进行了论述;最后,指出了这一领域需要进一步研究的若干问题.

同心式包带机的功能分析法设计

采用功能分析法探讨了同心式包带机的设计问题,给出了包带机的最佳设计方案.文中所述设计方法亦可用于其他新产品的开发与研究.

包带式星箭解锁装置预紧力影响因素分析

分析了温度和外载荷对包带式星箭解锁装置预紧力的影响,推导出包带预紧力变化的计算公式。结合某卫星的星箭解锁装置静力试验,对包带式星箭解锁装置在不同温度和外载荷情况下的包带预紧力进行了测试。结果表明:在温度变化时,包带预紧力变化计算值与实测值相差2.8%～4.3%;在外载荷作用下,对接面上的压力越大,预紧力增加越大,计算值与试验结果相差11.5%～23.5%。上述分析结果对包带预紧力的计算具有一定的参考价值。

包带式星箭连接结构轴向刚度研究

包带锁紧装置广泛用于卫星和运载火箭之间的连接。在发射过程中,它起到连接星箭和传递载荷的作用,合理地确定包带连接结构的强度和刚度对卫星的成功发射至关重要。给出包带连接结构轴向刚度与包带结构参数、预紧力以及轴向拉力之间的关系,提高包带连接结构刚度预测的精确性。首先对包带连接结构各组件的受力情况进行分析;根据各组件受力特点,应用弹性力学理论推导了一定轴向拉力范围内包带连接结构的变形及刚度的解析表达式;最后,针对某型包带锁紧装置与有限元仿真结果进行对比,验证了分析方法和解析表达式的正确性。

包带连接建模与非线性动力学特性分析

在航天工程中,包带连接机构是应用最为广泛的星箭连接分离机构,其主要由两个半圆形钢带(包带)和若干V形截面的卡块组成。为研究包带连接的力学特性,首先分析了包带连接中各个部件之间的接触力以及接触力之间的关系。然后通过将接触力等效为有限单元节点载荷的方法,把包带连接加入到整体结构的有限元模型当中。对于包含包带连接的结构,其动力学方程为非线性微分方程,方程的求解采用了Newm ark直接积分法。最后,采用所提出的建模方法对一个标准接口的包带连接进行了计算,分析了包带连接的非线性动力学特性以及预紧力的影响。

非火工包带式星箭分离技术研究进展

对目前国际上几种较为典型的非火工包带式星箭分离装置的研究状况进行了综述,按照包带连接位置和解锁方式的不同对其进行了分类。主要针对熔断式、形状记忆合金式、电子触发式、热电螺母触发式和电机驱动式包带分离装置的工作原理、主要性能特点和应用背景等进行了简要的分析,指出其潜在的问题与优势。介绍了国内学者对非火工包带分离装置的研究现状,对未来高性能非火工包带式分离装置应用新材料、新型电子装置及直流电机的发展趋势做出了预测与展望,为设计新型装置提供思路。

基于LS-DYNA的包带式星箭连接装置分离过程和冲击响应分析

采用显式非线性动力学分析方法来研究包带式星箭连接装置的分离过程和冲击响应,给出了有限元建模和预紧力施加方法,采用LS-DYNA软件计算得到某包带式星箭连接装置的包带动态包络和冲击响应;分析了对接框刚度、抗剪凸台、分离弹簧和拉伸弹簧刚度系数等参数对分离冲击的影响,并采用单自由度"弹簧-质量"系统模拟缓释过程,讨论了缓释过程对分离冲击的影响。结果表明:①采用显式非线性动力学分析方法能够同时解决星箭分离过程仿真和冲击响应分析问题;②增加对接框刚度,合理设计抗剪凸台高度,适当减小分离弹簧推力和拉伸弹簧拉力均可降低分离冲击响应;③延长解锁装置释放时间能够同时降低最大冲击响应峰值及其对应频率。

包带式星箭紧锁预紧力分析

根据星箭连接处受力情况及紧锁装置的特点，分析了星箭连接处发生松动的可能性，导出了星箭紧锁所需包带预紧力计算公式，提出了解决包带应力分布不均匀的方法。通过与两种型号的实验结果对比，证明了本文分析方法的正确性和计算公式的可信性。本文所得结论为包带式星箭紧锁结构设计提供了依据。

角钢和打包带加固低强度砖墙的抗震性能试验研究

以村镇砌体结构房屋中砂浆强度偏低的砖墙为研究对象,提出了一种全新的抗震加固方法:角钢和打包带加固法,并通过低周往复荷载试验,对加固后墙体和原墙在水平力作用下的承载力和变形性能进行了对比分析和研究,从墙体的破坏形态、承载力、变形、滞回特性和耗能性能等多方面进行了抗震性能分析。结果表明,采用本文提出的加固方法可明显提高墙体的抗震性能,尤其是墙体的延性由于打包带的约束作用得到大幅提高。本文的加固方法施工简单、经济高效,有利于在广大农村地区推广应用。

西藏典型单层混凝土砌块房屋打包带加固抗震试验研究

本文以振动台试验方式研究了打包带加固对西藏典型单层混凝土砌块房屋抗震性能的影响,同时考虑了结构平面布置、抗震设防及砌筑质量三个因素。选取3种西藏地区民居的经典户型制作了7个1∶3缩尺模型进行振动台试验,模型分别为3个无打包带加固模型、3个有打包带加固模型以及1个加固一半的模型。试验结果表明打包带加固墙体能明显提高墙体的整体性,减轻墙体震损;无打包带加固但砌筑质量好的单层民居抗震能力较好,基本满足当地9度设防的要求;高烈度下平面布置不规则的结构容易因扭转作用而发生破坏,圈梁、构造柱也在高烈度下发挥较大作用。打包带加固技术作为一种经济实用的加固技术可在西藏地区进行推广。

基于参数化建模的包带式星箭连接结构优化设计

采用MSC.Patran参数化建模和遗传算法进行包带式星箭连接结构优化设计。首先给出了包带连接结构二维轴对称模型优化设计过程中涉及的V形卡块刚度等效、包带预紧力模拟和载荷施加方法,以及强度和刚度约束条件、优化目标等内容;然后以某直径为3m的包带连接结构为例进行了优化设计,并分析了对接框内延伸段长度和端头高度对应力及变形的影响;最后建立三维有限元模型进行静力分析。结果表明(1)该方法适用于包带连接结构的优化设计;(2)增加对接框内延伸段长度和端头高度能够提高整体连接刚度;(3)三维有限元模型与轴对称模型计算结果一致,验证了轴对称模型分析方法的正确性,以及V形卡块等效和预紧力模拟方法的有效性。

聚丙烯打包带蠕变特性研究

采用四元件Burger模型对常温下聚丙烯(PP)打包带的拉伸蠕变特性进行了研究。结果表明:Burger模型可以用于模拟PP打包带的短期蠕变行为;瞬时弹性变形系数与应力水平无明显关系;Kelvin模型中延时弹性变形系数和粘性系数以及Maxwell模型中的粘性系数均随应力水平的增加而下降;松弛时间和延迟时间均随应力的增加而下降;拉伸蠕变速率随应力上升而急剧上升,该结论与滞后时间的分析一致。

铝包带包裹高压输电线路导线的微动损伤

在自制的微动试验装置上对铝包带包裹钢芯铝绞导线(ACSR)进行微动试验研究。振幅1.0mm,2.0×107次微动循环后,研究内、外层铝股线及钢芯线的磨损状况,测定其抗拉强度,探讨铝包带包裹导线的微动损伤机制。结果表明:外层铝股线表面经受铝包带的刮擦以及磨粒磨损;内层铝股线微动磨损斑呈椭圆形,部分磨损斑下有疲劳裂纹;而钢芯线的损伤微弱,仅发生镀锌层的磨损、脱落。铝包带对导线有较好的保护作用,内外层铝股线的抗拉强度均高于未包裹导线的抗拉强度。