包带式分离结构的冲击源耦合效应研究

发布时间：2020-06-04 12:06

【摘要】：航天器在运行过程中会经历严酷复杂的振动、噪声和冲击力环境。其中冲击环境主要来自于分离过程,航天器结构及敏感元器件建可能会在该冲击下失效,甚至导致航天任务的失败。包带式分离结构因为其较高的可靠性,被广泛应用于星箭连接结构。包带式分离结构分离时的冲击主要来自于两方面。一方面,爆炸螺栓爆炸时会在邻近结构上产生极大的冲击力,以高频、高量级的材料应力波形式在结构中传播,并在结构上产生高冲击、宽频带的瞬时的机械响应。另一方面,在包带预紧力的作用下,星箭对接框由于形变而储存了应变能,解锁分离时,对接框失去了包带对其的束缚,应变能逐渐转化为动能,从而引起振动冲击。本文借助软件LS-DYNA显式动力学方法对包带式分离结构的局部和整体理论模型进行仿真,对两种冲击各自的特性以及其耦合效应进行了深入的研究。第1章介绍了本论文课题研究的项目和意义,简要回顾了国内外的研究现状,强调了冲击环境的重要性,分析了近几年来在冲击源耦合部分的空缺,进而确定了本论文的研究内容。第2章使用ALE方法对爆炸螺栓断裂过程进行仿真,对爆炸过程进行了详细描述,并对切口处单元的等效塑性应变、推杆和外壳的冲击响应进行了分析比较。对包带式分离结构模型的合理性进行了验证。并对爆炸冲击的特性进行了分析。第3章采用力载荷的方式替代螺栓预紧,对包带式分离结构分离过程中的应变能释放冲击进行了仿真。建立了简化-包带分离模型,对包带平衡状态的能量分配进行了深入的研究,得到了应变能释放冲击特性。并对卡块数量、包带预紧力两种可能影响应变能释放冲击的因素进行分析,为减少分离冲击提供了理论依据。第4章对仅爆炸冲击作用、仅应变能释放冲击作用和应变能释放冲击与爆炸冲击共同作用-三种不同工况下的模型进行了仿真。并对螺栓与包带连接处的近场测点,位于上端框分离面的中远场测点的响应结果进行了对比分析,定性地给出了两种冲击源的耦合规律。
【图文】：

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分离冲击小等特点，被广泛应用于运载火箭中[21]。典型的星箭分离结构如图1.1 所示。a) 剖视局部图 b) 俯视局部图图 1.1 典型包带式星箭分离结构示意图包带连接具有广泛的应用，但包带连接建模以及其动力学特性方面却进

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图 1-2 有限元分析流程图.2 包带式分离结构冲击源的耦合环境预示研究在上述建模方法的基础上，分别对单独爆炸冲击、单独应变能释放及爆炸冲击与应变能释放冲击同时作用三种工况进行模拟。相比于其他方法，，显示非线性动力学方法在计算火工品爆炸、流固耦杂接触问题以及材料非线性等方面有着天然的优越性，本文采用该方包带式星箭分离过程动态仿真模拟。首先，考虑包带式星箭分离冲击的特点，建立近似等效的星箭连接结理论模型。基于ANSYS/LS-DYNA软件，模拟爆炸螺栓起爆，包带脱落器分离的全过程，获得该过程对一系列测点产生的冲击载荷并加以分然后研究结构应变能释放过程,分析包带、卡块和端框在包带解锁后规律和接触关系，分析此三种结构的总应变能如何在该过程中转化、耗配。最后将爆炸螺栓起爆和结构应变能释放耦合，基于显示非线性动力学
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V414

【参考文献】