外激励下星—箭界面载荷的分析

发布时间：2017-09-25 06:36

  本文关键词：外激励下星—箭界面载荷的分析

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【摘要】：航天器在发射阶段要经历冲击和随机激励等复杂且严酷的振动环境,较准确地获取运载火箭通过星-箭界面传递的动态载荷,对航天器的优化设计与合理的地面考核试验条件制定具有重要意义。然而,发射过程中难以直接测量星-箭界面载荷,而且,严苛的重量限制等多种约束条件使得其不能完全通过实测获得。本学位论文针对瞬态激励和宽频段近稳态随机激励下的星-箭界面载荷分析方法展开研究。通过少量测点的实测加速度响应分别预测时域和频域中的界面载荷,再由试验结果来验证和评价文中所建立的分析方法的有效性及其精度。论文的主要工作如下:星-箭界面载荷分析工作是基于动力学模型实现的,因此动力学模型的准确性直接决定了响应分析的精度。利用模态实验结果和振动台激振的振动实验结果,通过修正结构部件的刚度以及细化结构的连接方式,提高星-箭结构有限元建模的准确性。提出冲击激励下的星-箭界面载荷时域分析途径。利用大质量法施加加速度边界条件,由Green核函数法建立加速度激励与结构加速度响应以及界面力响应的卷积积分关系,由实测加速度响应反演冲击激励,以此为基础来预测界面载荷。考虑均匀分布激励和非均匀分布激励两种情形,在加速度边界上选择若干控制节点,在时域中,由此类节点的加速度进行插值来描述非均匀分布激励,并循插值基函数构造分布的矩形脉冲激励,得到对应于控制节点的Green核函数,最终通过反演控制节点的冲击激励得到界面载荷。提出宽频段随机激励下的星-箭界面载荷频域分析途径。基于大质量法与频响函数法建立加速度激励与结构加速度响应以及界面力响应的频域关系,由实测加速度响应反演频域激励,以此来预测界面的频域载荷。同样考虑均匀分布激励和非均匀分布激励两种情形,在加速度边界上选择若干控制节点,在频域中,由这些节点的加速度进行插值来给出非均匀分布激励,并循插值基函数构造分布的谐激励,得到对应于控制节点的频响函数,最终通过反演控制节点的宽频段随机激励计算界面载荷。界面载荷的实测结果与计算结果的对比表明,本文所提出的分析方法是有效的,具有较高的计算精度。
【关键词】：界面载荷 大质量法 载荷识别 星-箭结构
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V416
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景、意义及研究思路10-12
• 1.2 国内外研究发展现状12-14
• 1.3 本文的主要研究内容和特色14-16
• 第2章 基于加速度激励识别的星-箭界面载荷计算的基本理论与方法16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 基于加速度激励的理论方法16-18
• 2.2.1 大质量法的基本原理16-17
• 2.2.2 惯性载荷法的基本原理17
• 2.2.3 拉格朗日乘子法的基本原理17-18
• 2.3 加速度激励的时域识别和频域识别18-27
• 2.3.1 加速度激励的时域识别18-24
• 2.3.2 加速度激励的频域识别24-27
• 2.4 加速度激励下星-箭界面载荷的正演计算27-29
• 2.5 基于加速度激励反演的星-箭界面动态载荷分析策略29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 基于试验结果的模拟星-箭结构的力学模型修正30-39
• 3.1 引言30
• 3.2 模拟星-箭结构在振动台上的两类试验30-32
• 3.3 加速度实测响应与界面力实测响应的频域特征32-34
• 3.4 模拟星-箭结构的有限元建模及其力学模型修正34-38
• 3.4.1 模拟星-箭结构的有限元建模34-36
• 3.4.2 模拟星-箭结构的力学模型修正36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 冲击作用下星-箭界面载荷的时域计算39-52
• 4.1 引言39
• 4.2 基于均匀分布冲击激励反求的界面载荷分析39-45
• 4.2.1 均匀冲击激励反求39-41
• 4.2.2 计算与实测结果对比41-45
• 4.3 基于非均匀分布冲击激励反求的界面载荷分析45-51
• 4.3.1 非均匀分布冲击激励的反求45-48
• 4.3.2 计算与实测结果对比48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 宽频段随机激励下的星-箭界面载荷的频域计算52-63
• 5.1 引言52
• 5.2 基于均匀分布频域激励识别的星-箭界面载荷分析52-57
• 5.2.1 均匀分布激励的频域识别52-53
• 5.2.2 计算与实测结果对比53-57
• 5.3 基于非均匀分布频域激励识别的星-箭界面载荷分析57-62
• 5.3.1 非均匀分布激励的频域识别57-58
• 5.3.2 计算与实测结果对比58-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 附录A 硕士期间所完成的学术论文71

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本文编号：915968