本文關(guān)鍵詞：固體火箭發(fā)動機(jī)粘彈性藥柱譜分析

  更多相關(guān)文章： 粘彈性 固體火箭發(fā)動機(jī) 譜分析 泊松比 Prony級數(shù)

【摘要】：固體火箭發(fā)動機(jī)研究涉及材料力學(xué)、自動控制等多個學(xué)科領(lǐng)域,其中固體火箭發(fā)動機(jī)藥柱的粘彈性力學(xué)性能研究又是其中尤為重要的研究內(nèi)容。由于藥柱的多組分特性,因此其材料的力學(xué)性能隨之變得復(fù)雜;并且對于火箭整體的模態(tài)分析和隨機(jī)振動譜分析的模擬結(jié)果對火箭整體設(shè)計(jì)和安全性設(shè)計(jì)起到主導(dǎo)性作用;因此火箭在工作狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)對于火箭的設(shè)計(jì)和計(jì)算起到?jīng)Q定性作用;因而對于固體發(fā)動機(jī)藥柱粘彈性分析及其實(shí)驗(yàn)測試的研究具有重要意義。本文將粘彈性理論與材料性能試驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合,對粘彈性藥柱的基本參數(shù)進(jìn)行測量與擬合;將得到的結(jié)果與有限元分析方法結(jié)合,對固體火箭發(fā)動機(jī)藥柱進(jìn)行有限元法的靜態(tài)分析和動態(tài)分析,最終將得到的結(jié)果和參數(shù)加以應(yīng)用。在固體火箭藥柱參數(shù)測量中應(yīng)用粘彈性基本理論通過拉氏變換得到相應(yīng)的積分關(guān)系之后應(yīng)用兩種方法進(jìn)行測量分析。在試驗(yàn)中,本文應(yīng)用高精度熱動態(tài)分析儀與三維視覺位移測量儀共同采集測定某型號固體火箭藥柱試樣的參數(shù)時間函數(shù)曲線數(shù)據(jù)。其中泊松比的測量有兩種,第一種為由試驗(yàn)測量得到的橫向應(yīng)變和松弛模量計(jì)算泊松比;第二種為通過拉伸松弛模量、剪切蠕變?nèi)崃吭诶嫌蛑械淖儞Q最終推導(dǎo)出泊松比的積分表達(dá)式。在測量位以上采用非接觸測量方法;本文利用了視覺測量,通過對試樣進(jìn)行散斑處理采集圖像后進(jìn)行位移分析最終得到結(jié)果既不影響材料的屬性又可以得到各方向的位移量。本文應(yīng)用粘彈性基本理論中的積分型本構(gòu)關(guān)系和拉普拉斯變換相結(jié)合,推導(dǎo)出能夠在有限元中適用的Prony級數(shù)形式本構(gòu)方程。通過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果對推導(dǎo)出的本構(gòu)關(guān)系利用MATLAB進(jìn)行擬合,得到實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果關(guān)于Prony級數(shù)的形式;進(jìn)而可將實(shí)驗(yàn)參數(shù)導(dǎo)入到有限元分析中。根據(jù)粘彈性的基本理論和材料各向同性等理論依據(jù),將得到的擬合函數(shù)推導(dǎo)為材料彈性模量和泊松比等基本參數(shù)。應(yīng)用有限元軟件ANSYS中進(jìn)行火箭整體的有限元分析;觀察靜載荷作用下的變形情況和粘彈性相應(yīng);再對三維火箭整體進(jìn)行模態(tài)分析和隨機(jī)振動譜分析,最終得到整體結(jié)構(gòu)的振形、固有頻率和危險(xiǎn)位置的隨機(jī)譜響應(yīng)。在靜態(tài)分析中,通過有限元結(jié)果可以得到在模擬工作狀態(tài)下藥柱的應(yīng)力和應(yīng)變,并且可以得到整體中易損位置進(jìn)而為優(yōu)化提供參考依據(jù)。在動態(tài)分析中,模態(tài)分析得到了各階的固有頻率、相應(yīng)陣型和最大位移。本文的研究成果和結(jié)論對固體火箭發(fā)動機(jī)藥柱粘彈性有限元分析和材料參數(shù)測定具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：粘彈性 固體火箭發(fā)動機(jī) 譜分析 泊松比 Prony級數(shù)
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V435
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 選題目的和意義8-9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 粘彈性材料研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 固體火箭動態(tài)分析研究現(xiàn)狀10
• 1.3 主要研究內(nèi)容10-12
• 第二章 藥柱的粘彈性理論12-21
• 2.1 粘彈性基本理論12
• 2.2 粘彈性模型表達(dá)12-16
• 2.2.1 基本單元12-13
• 2.2.2 基本模型13-14
• 2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)線性固體14
• 2.2.4 廣義模型14-16
• 2.3 蠕變和松弛16-17
• 2.3.1 松弛試驗(yàn)17
• 2.4 積分型本構(gòu)方程17-18
• 2.5 動態(tài)性能18-21
• 2.5.1 復(fù)模量19
• 2.5.2 復(fù)柔量19
• 2.5.3 復(fù)模量和復(fù)柔量的關(guān)系19-21
• 第三章 粘彈性泊松比的研究21-32
• 3.1 時域下的泊松比21-23
• 3.2 獲得試驗(yàn)參數(shù)23-26
• 3.2.1 試驗(yàn)樣品和設(shè)備23-24
• 3.2.2 試驗(yàn)過程24-26
• 3.2.3 數(shù)據(jù)處理26
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果26-31
• 3.3.1 通過位移計(jì)算泊松比26-29
• 3.3.2 通過各向同性計(jì)算泊松比29-30
• 3.3.3 兩種方法結(jié)果比較30-31
• 3.4 結(jié)果分析和總結(jié)31-32
• 第四章 靜態(tài)有限元分析32-47
• 4.1 有限元原理32
• 4.2 粘彈性有限元推導(dǎo)32-36
• 4.2.1 積分型本構(gòu)方程34-35
• 4.2.2 Prony級數(shù)應(yīng)用35-36
• 4.3 算例36-47
• 4.3.1 參數(shù)的函數(shù)擬合36-38
• 4.3.2 ANSYS下的有限元分析38-47
• 第五章 模態(tài)分析47-54
• 5.1 振動和模態(tài)分析的基本理論47-49
• 5.1.1 簡諧激勵受迫振動47-48
• 5.1.2 多自由度系統(tǒng)的振動48-49
• 5.2 粘彈性動態(tài)分析49-50
• 5.3 有限元算例50-54
• 5.3.1 自由模態(tài)50-52
• 5.3.2 約束模態(tài)52-54
• 第六章 譜分析54-69
• 6.1 譜分析的基本理論54-58
• 6.1.1 隨機(jī)過程54-57
• 6.1.2 線性系統(tǒng)響應(yīng)57-58
• 6.2 有限元譜分析理論58-59
• 6.3 試驗(yàn)算例59-69
• 第七章 結(jié)論與展望69-71
• 7.1 結(jié)論69
• 7.2 展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 致謝74

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本文編號：775798