發(fā)布時(shí)間：2020-06-04 12:06

【摘要】：航天器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷嚴(yán)酷復(fù)雜的振動(dòng)、噪聲和沖擊力環(huán)境。其中沖擊環(huán)境主要來(lái)自于分離過(guò)程,航天器結(jié)構(gòu)及敏感元器件建可能會(huì)在該沖擊下失效,甚至導(dǎo)致航天任務(wù)的失敗。包帶式分離結(jié)構(gòu)因?yàn)槠漭^高的可靠性,被廣泛應(yīng)用于星箭連接結(jié)構(gòu)。包帶式分離結(jié)構(gòu)分離時(shí)的沖擊主要來(lái)自于兩方面。一方面,爆炸螺栓爆炸時(shí)會(huì)在鄰近結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生極大的沖擊力,以高頻、高量級(jí)的材料應(yīng)力波形式在結(jié)構(gòu)中傳播,并在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生高沖擊、寬頻帶的瞬時(shí)的機(jī)械響應(yīng)。另一方面,在包帶預(yù)緊力的作用下,星箭對(duì)接框由于形變而儲(chǔ)存了應(yīng)變能,解鎖分離時(shí),對(duì)接框失去了包帶對(duì)其的束縛,應(yīng)變能逐漸轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,從而引起振動(dòng)沖擊。本文借助軟件LS-DYNA顯式動(dòng)力學(xué)方法對(duì)包帶式分離結(jié)構(gòu)的局部和整體理論模型進(jìn)行仿真,對(duì)兩種沖擊各自的特性以及其耦合效應(yīng)進(jìn)行了深入的研究。第1章介紹了本論文課題研究的項(xiàng)目和意義,簡(jiǎn)要回顧了國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,強(qiáng)調(diào)了沖擊環(huán)境的重要性,分析了近幾年來(lái)在沖擊源耦合部分的空缺,進(jìn)而確定了本論文的研究?jī)?nèi)容。第2章使用ALE方法對(duì)爆炸螺栓斷裂過(guò)程進(jìn)行仿真,對(duì)爆炸過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)描述,并對(duì)切口處單元的等效塑性應(yīng)變、推桿和外殼的沖擊響應(yīng)進(jìn)行了分析比較。對(duì)包帶式分離結(jié)構(gòu)模型的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。并對(duì)爆炸沖擊的特性進(jìn)行了分析。第3章采用力載荷的方式替代螺栓預(yù)緊,對(duì)包帶式分離結(jié)構(gòu)分離過(guò)程中的應(yīng)變能釋放沖擊進(jìn)行了仿真。建立了簡(jiǎn)化-包帶分離模型,對(duì)包帶平衡狀態(tài)的能量分配進(jìn)行了深入的研究,得到了應(yīng)變能釋放沖擊特性。并對(duì)卡塊數(shù)量、包帶預(yù)緊力兩種可能影響應(yīng)變能釋放沖擊的因素進(jìn)行分析,為減少分離沖擊提供了理論依據(jù)。第4章對(duì)僅爆炸沖擊作用、僅應(yīng)變能釋放沖擊作用和應(yīng)變能釋放沖擊與爆炸沖擊共同作用-三種不同工況下的模型進(jìn)行了仿真。并對(duì)螺栓與包帶連接處的近場(chǎng)測(cè)點(diǎn),位于上端框分離面的中遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,定性地給出了兩種沖擊源的耦合規(guī)律。
【圖文】：

分離沖擊小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)載火箭中[21]。典型的星箭分離結(jié)構(gòu)如圖1.1 所示。a) 剖視局部圖 b) 俯視局部圖圖 1.1 典型包帶式星箭分離結(jié)構(gòu)示意圖包帶連接具有廣泛的應(yīng)用，但包帶連接建模以及其動(dòng)力學(xué)特性方面卻進(jìn)

圖 1-2 有限元分析流程圖.2 包帶式分離結(jié)構(gòu)沖擊源的耦合環(huán)境預(yù)示研究在上述建模方法的基礎(chǔ)上，分別對(duì)單獨(dú)爆炸沖擊、單獨(dú)應(yīng)變能釋放及爆炸沖擊與應(yīng)變能釋放沖擊同時(shí)作用三種工況進(jìn)行模擬。相比于其他方法，，顯示非線性動(dòng)力學(xué)方法在計(jì)算火工品爆炸、流固耦雜接觸問(wèn)題以及材料非線性等方面有著天然的優(yōu)越性，本文采用該方包帶式星箭分離過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模擬。首先，考慮包帶式星箭分離沖擊的特點(diǎn)，建立近似等效的星箭連接結(jié)理論模型�；贏NSYS/LS-DYNA軟件，模擬爆炸螺栓起爆，包帶脫落器分離的全過(guò)程，獲得該過(guò)程對(duì)一系列測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的沖擊載荷并加以分然后研究結(jié)構(gòu)應(yīng)變能釋放過(guò)程,分析包帶、卡塊和端框在包帶解鎖后規(guī)律和接觸關(guān)系，分析此三種結(jié)構(gòu)的總應(yīng)變能如何在該過(guò)程中轉(zhuǎn)化、耗配。最后將爆炸螺栓起爆和結(jié)構(gòu)應(yīng)變能釋放耦合，基于顯示非線性動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V414

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2696366