包带式星箭连接结构的动力学模拟及故障分析

为预示包带式星箭连接结构的动力学特性以及产生故障后对星箭分离的影响,提出精细描述包带结构的板单元模型。采用ADAMS软件平台对星箭解锁分离动力学进行数值模拟,考察了爆炸螺栓冲击、限位弹簧刚度、包带预紧力以及摩擦对包带包络的影响。采用包带板单元模型分析了单个爆炸螺栓解锁失效、卡块与包带脱离、分离弹簧失效3种典型故障模式对星箭解锁分离过程的影响。分析结果表明:降低爆炸螺栓冲击、增加限位弹簧刚度是控制包带包络的有效方法。尽管在卡块与包带脱离失效及分离弹簧失效的情况下,卫星与火箭能够分离,但这些失效可能引起卡块与卫星碰撞、分离姿态偏转等严重后果。     

运载火箭级间分离与碰撞检测分析

本文针对分离的方案要求,建立相应的分离体六自由度数学模型,相对运动模型,并对一级、二级在分离过程中是否发生碰撞进行仿真分析。同时考虑了爆炸螺栓未正常爆炸的情况下,给二级带来的影响。仿真结果表明当有一个爆炸螺栓未爆炸时,利用二级发动机推力对一级的反作用力将爆炸螺栓拉断,一二级会发生碰撞。在此基础上,基于各个爆炸螺栓未爆炸一二级分离碰撞时间的不同,分析得出爆炸螺栓的分布密度。     

基于记忆合金的大承载低冲击解锁机构设计与试验研究

为满足航天器大承载、低冲击、快速响应的连接与分离需求,提出一种基于记忆合金驱动、具有非自锁传动特性和多级增力结构形式的解锁机构,对解锁触发系统和承载传动系统设计方法进行了研究,通过理论分析、仿真和测试,确定了影响记忆合金驱动性能和非自锁梯形螺纹副设计的关键参数。试验结果表明,该解锁机构承载能力强,解锁冲击小,响应快速,解锁时间同步性好,可重复使用,在航天器连接与分离系统中有很大的应用潜力。     

一种新的解锁螺栓分离时间测试方法

基于激光位移传感器测试解锁螺栓分离时间的思想,设计一种新的解锁螺栓分离时间测试方法,并设计了相应的测试系统,其测试不确定度为0.184%.通过试验得到新方法测得解锁螺栓分离时间平均值14.74ms,传统的通-断靶线法测得分离时间平均值14.60ms,三次试验均值相差0.14ms.结果表明,新方法不仅能直接有效地测试解锁螺栓分离时间,还能间接地表征解锁螺栓的分离速度、冲击加速度以及分离冲量等分离特性参数.     

面向航天器分离的高速索力传递特性

在航天器分离的地面模拟试验中,其受力状态的准确施加是试验的关键环节.该文基于航天器主动式分离试验方案,研究了航天器在高速分离过程中的绳索索力传递问题.首先通过Newton运动定律推导了绳索提升系统的动力学模型;然后引入测试函数,使用空间离散的方法对二阶偏微分方程求解,得到绳索在运动过程中的受力关系,并探索其对绳索索力的...     

中心舱体-附件耦合系统热颤振有限元分析

在轨航天器的柔性附件在其进出地球阴影区时很容易发生热诱发振动现象.柔性附件的这种运动将会产生扰动弯矩作用于航天器主体之上,从而对航天器的姿态运动产生重要影响.该文针对实际航天器刚体-附件耦合系统发展了一种热-结构动力学耦合的有限元分析方法.该耦合系统的状态方程既包括与航天器刚体转动和柔性附件结构变形相耦合的非线性瞬态热传导方程,也包括与瞬态温度场相联系的结构动力学方程.该文以一个简单的hub-beam航天器系统为研究对象,对该耦合系统分别进行了热-结构非耦合和耦合分析.其中热-结构非耦合有限元分析的结果与已经存在的理论解结果显示了很好的一致性;热-结构耦合有限元分析结果表明航天器在某种条件下可能发生热颤振.     

航天分离装置引导阶段非光滑动力学快速分析方法研究

针对航天器中分离装置引导阶段非光滑动力学过程提出一种快速分析方法。运用欧拉?拉格朗日方程, 推导自由、接触及碰撞状态下的动力学方程。基于 LZB 方法, 建立描述含摩擦、接触、碰撞的分离装置引导阶段系统运动过程的一般性框架。最后, 对算例进行数值模拟, 结果表明缩短了仿真时间, 从而证实了方法的有效性。     

分离航天器网络动态连接

不同于地面无线传感网络,分离航天器网络拓扑具有动态、随机特性。首先,基于计算机几何理论如Delaunay Triangulation,Voronoi Diagram建立分离航天器动态拓扑网络。通过分析网络拓扑结构的邻接矩阵中节点间的关系设计邻接矩阵算法得出各网络节点对应的感知半径、通信半径、邻接矩阵,最后得到了基于时空演变的节点间邻居关系的"星图",直观地反应了分离航天器网络节点动态连接的连通性和覆盖度。     

复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析

该文针对火炮发射时高温高压火药气体瞬态冲击作用对复合材料身管的影响,进行复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析.基于有限元分析方法(FEM),建立了复合材料身管三维有限元模型;采用直接耦合法进行求解,获得复合材料身管在发射条件下温度场和身管动态应力的变化规律.分析结果表明:高温高压的火药气体引起较大的瞬间热应力,这种瞬间热冲击对身管金属内衬的强度影响很大.     

载人飞船主伞包出舱动力学

中国新一代载人飞船试验船的气动减速系统由2具减速伞和3具主伞组成，减速伞在实现第1阶段减速后分离并将主伞包从飞船中拉出。主伞包出舱作为降落伞系统的一个重要工作环节，一直是回收着陆系统的关键技术和设计难点之一，由于这一瞬时高动态过程涉及吊带、伞包和舱盖等多体接触和受力耦合作用，因此采用基于简化动力学模型的理论计算方法难以准确描述该过程。该文提出了一种基于有限元模型的气动-动力学耦合分析方法，建立了主伞包出舱动力学模型，运用气动力载荷动态匹配控制方法实现了降落伞由气动载荷向动力学模型的精确传递，通过对初始速度、防热层拉力和舱盖质量等影响主伞包出舱的因素进行全面分析对比，获得了主伞包出舱过程的载荷、速度和过载等动力学特性，直观且逼真地描述了主伞包出舱的动态过程。该方法有效指导了新一代载人飞船试验船回收系统方案的设计，为后续的正式飞行任务提供了理论支持。     

载重车轮动态弯曲疲劳试验用高强螺栓的断裂分析

载重车轮下线后一般需要进行动态弯曲疲劳试验。但连接车轮和弯曲疲劳试验机加载轴所使用的高强度螺栓在试验过程中出现了早期断裂的现象。通过宏观检验、断口分析、硬度测试和金相分析等方法对失效螺栓进行分析,确定了其断裂的主要原因为热处理不良、内部组织不良、外表面脆性大和循环作用力大于疲劳许用应力。通过对高强螺栓原材料的检验,并调整热处理工艺,在后续的试验过程中未出现螺栓断裂的情况。     

航天器对接过程的动力学建模

航天器对接过程的动力学建模是对接过程动力学仿真的核心内容,该文在描述航天器对接过程的基础上,牛顿－欧拉定理和混合价值 标法对带有大型太阳电池阵的两航天器的对接过程进行动力学建模,建模中将对接系统简化为由追踪飞行器、目标飞行器和主动对接机构组成的三体系统,追踪飞行器和目标飞行器作为带有挠性附件的中心刚体考虑,主动对接机构作为刚性体处理,对于挠性附件用有限元法进行离散。除给出接触撞击模型外,还重点讨论缓冲系统的简化模型,从而构成了对接过程的完整的动力学模型,为对接过程的动力学仿真打下基础。     

隔膜泵阀箱盖联接螺栓断裂分析

针对隔膜泵中进料阀箱盖联接螺栓多次出现断裂的问题,通过工况分析,应用传统计算与现代CAE软件有限元分析相结合的方式,对螺栓进行强度校核及断裂分析,找到了螺栓断裂的原因,并通过选型计算得出了该螺栓的合理尺寸参数。     

横向载荷与预紧力对螺栓断裂寿命的影响

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运用有限元方法与疲劳裂纹扩展实验进行对标,并取得较好的效果,为螺栓断裂失效寿命的计算奠定了基础.最后,考虑到螺栓预紧力与横向载荷对螺栓断裂的影响,建立了带裂纹的螺栓有限元模型,并采用有限元方法进行螺栓失效寿命计算的定量分析.结果表明：横向载荷与螺栓预紧力对应力强度因子和螺栓使用寿命具有较大的影响.     

高强度螺栓不同拧入深度对螺栓球节点受拉承载力的影响

本文运用ABAQUS有限元软件对不同螺栓拧入深度的螺栓球节点进行了受拉承载全过程分析,与受拉螺栓球节点试验结果的对比验证了计算模型的准确性。有限元分析结果表明:不同的螺栓拧入深度,螺栓球节点发生不同的破坏模式。当螺栓拧入深度小于0.94d(d为螺栓直径)时,两者相互咬合接触的螺纹发生破坏,且螺栓球节点的受拉承载力与螺栓拧入深度成正比。当螺栓拧入深度不小于0.94d时,高强螺栓受拉断裂破坏。通过对有限元分析结果的拟合,得到螺栓球节点受拉承载力与螺栓拧入深度的关系式。     

火药低温挤压破碎及其异常燃烧数值预测

该文利用高低压火炮发射火药运载器研究动态条件下低温火药的破碎规律,得到了不同颗粒间应力条件下火药破碎程度关系式。在此基础上建立了考虑火药破碎的一维多相流数学模型,对高密实低温火药的燃烧过程进行了数值预测,并与不考虑破碎的数值结果进行了对比。数值结果揭示了低温破碎引起异常压力,对研究高膛压火炮的膛炸机理有重要意义。     

高强度连杆螺栓的疲劳寿命分析

针对SOFIM发动机连杆螺栓出现的早期疲劳断裂现象,建立了连杆螺栓的有限元模型,利用有限元方法进行了该连杆螺栓的疲劳寿命分析,并与疲劳试验进行了对比。结果表明,该连杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处容易产生应力集中,造成其疲劳断裂。为此,提出了局部滚压的改进方法,经有限元分析,该改进措施可有效提高连杆螺栓的疲劳寿命。     

基于ABAQUS对螺栓断裂问题仿真分析

针对电动拧紧枪的固定螺栓断裂的问题,运用大型有限元仿真软件ABAQUS,把多因素问题分解为两个单因素分别进行讨论,并建立三维模型,进行有限元仿真分析,找到引起螺栓断裂的主要因素.研究结果表明:电动拧紧枪的固定螺栓通过滑块连接副与电动拧紧枪悬挂系统的连接方式,实际上导致螺栓受到了近似对称应力的交变应力作用,是引起螺栓断裂的主要因素.本文提出了运用有限元软件把工程多因素问题分解,然后分别对各因素进行分析,找到问题的主要因素并提出解决的方案方法;为工程人员解决工程问题提供一套可行的方法.     

上升器解锁装置对起飞稳定性的影响

为研究上升器解锁装置在火箭排气作用下的解锁过程和对起飞稳定性的影响,分析了其结构及工作原理。结合锁紧带的材料性能,采用理论研究与数值计算相结合的方法,研究了上升器解锁装置的解锁机理。对上升器解锁时间进行了预估,并研究了不同解锁时间对上升器起飞稳定性的影响。结果表明:上升器解锁过程中,镁带不会燃烧;热、力共同作用是镁带断裂的主要因素;上升器解锁时间为0.3 s时对上升器起飞稳定性影响最小。     

废火药粉碎过程安全性研究

本文对废火药粉碎过程的安全性进行了研究,建立了简化状态下废火药粉碎过程的爆炸热平衡方程,并由该方程对影响爆炸发生的两个关键因素进行了讨论,证明了水中粉碎废火药的安全性。文中还导出了废火药粉碎过程水用量的经验估算式。