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基于参数化建模的包带式星箭连接结构优化设计

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国防科技大学学报 2013年第5期35卷 6-12页

作者：武新峰刘观日雷勇军李谨国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 北京宇航系统工程研究所北京100076

采用MSC.Patran参数化建模和遗传算法进行包带式星箭连接结构优化设计。首先给出了包带连接结构二维轴对称模型优化设计过程中涉及的V形卡块刚度等效、包带预紧力模拟和载荷施加方法,以及强度和刚度约束条件、优化目标等内容;然后以某... 详细信息

采用MSC.Patran参数化建模和遗传算法进行包带式星箭连接结构优化设计。首先给出了包带连接结构二维轴对称模型优化设计过程中涉及的V形卡块刚度等效、包带预紧力模拟和载荷施加方法,以及强度和刚度约束条件、优化目标等内容;然后以某直径为3m的包带连接结构为例进行了优化设计,并分析了对接框内延伸段长度和端头高度对应力及变形的影响;最后建立三维有限元模型进行静力分析。结果表明(1)该方法适用于包带连接结构的优化设计;(2)增加对接框内延伸段长度和端头高度能够提高整体连接刚度;(3)三维有限元模型与轴对称模型计算结果一致,验证了轴对称模型分析方法的正确性,以及V形卡块等效和预紧力模拟方法的有效性。

关键词：包带连接结构参数化建模遗传算法优化设计

关于新一代载人运载火箭箭体结构产品研制生产模式的思考

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航天工业管理 2023年第12期 11-13页

作者：周铭锐郭葳刘观日程大林刘长志中国运载火箭技术研究院

新一代载人运载火箭承担着载人登月的神圣使命,计划不容有失。箭体结构与火箭构型尺寸直接相关,新一代载人运载火箭尺寸远远大于我国现有火箭,贮箱、壳段等结构产品均需要重新研制。按照传统火箭研制流程,方案设计后出图需要数月,即制... 详细信息

新一代载人运载火箭承担着载人登月的神圣使命,计划不容有失。箭体结构与火箭构型尺寸直接相关,新一代载人运载火箭尺寸远远大于我国现有火箭,贮箱、壳段等结构产品均需要重新研制。按照传统火箭研制流程,方案设计后出图需要数月,即制造单位必须至少等待很久才能开展各种工装设计,才能开始采购原材料;根据制造单位对工装研制规模、数量和制造周期的估计,需数月左右才能完成工装及原材料配套;随后的产品投产、完成首件产品静力试验,还需要数月时间,大大制约型号的研制周期。

关键词：制造周期静力试验研制周期工装设计研制流程箭体结构载人登月方案设计

刚性包带式星箭连接装置非线性静力学分析与结构优化

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西北工业大学学报 2020年第5期38卷 1122-1128页

作者：郭欣朱仕尧刘观日于兵张乔飞雷勇军国防科技大学军事职业教育技术服务中心湖南长沙410073 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 北京宇航系统工程研究所北京100076

刚性包带式连接装置是适应运载火箭重型化发展趋势而提出的新型星箭连接方式。建立预紧状态下的刚性包带及端框结构非线性静力学模型,分析其在轴向承载时的结构强度和连接刚度特性,并结合轴对称等效和参数化建模技术,通过优化截面形状... 详细信息

刚性包带式连接装置是适应运载火箭重型化发展趋势而提出的新型星箭连接方式。建立预紧状态下的刚性包带及端框结构非线性静力学模型,分析其在轴向承载时的结构强度和连接刚度特性,并结合轴对称等效和参数化建模技术,通过优化截面形状参数提升对整体连接性能。结果表明:包带与端框之间“线-面”接触位置的结构应力较为集中;增加包带结构轴向尺寸、减小包带V形槽角度和加深包带与端框咬合配合深度能够有效提升刚性包带连接刚度;通过截面形状优化,可在结构强度和质量限制条件下,使刚性包带连接性能提升70%以上.

关键词：刚性包带星箭连接装置承载能力强度分析结构优化

刚性包带式星箭连接装置解锁分离过程动力学分析

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振动与冲击 2021年第8期40卷 150-156页

作者：郭欣朱仕尧刘观日于兵唐科雷勇军国防科技大学军事职业教育技术服务中心长沙410073 国防科技大学空天科学学院长沙410073 北京宇航系统工程研究所北京100076

刚性包带式星箭连接装置能够为重型运载火箭提供更高的星箭连接承载能力,但对其分离释放过程的动力学研究尚未深入。该研究建立刚性包带式星箭连接装置非线性动力学分析模型,采用显式动力学仿真法分析了包带接头分离速度、分离冲击响应... 详细信息

刚性包带式星箭连接装置能够为重型运载火箭提供更高的星箭连接承载能力,但对其分离释放过程的动力学研究尚未深入。该研究建立刚性包带式星箭连接装置非线性动力学分析模型,采用显式动力学仿真法分析了包带接头分离速度、分离冲击响应和捕获运动规律,研究解锁时间和预紧力等因素对分离与捕获过程的影响规律。结果表明:延长解锁时间和减小预紧力会导致包带接头分离速度降低,卫星冲击载荷减小,与捕获器接触时长增加,与脱离端框时间延后,甚至可以改变包带分离运动规律,引起卫星倾斜分离,在工程应用中应综合考虑。

关键词：刚性包带星箭连接装置缓释分离捕获预紧力

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焊缝补强方式对大直径贮箱箱底承载性能影响

航空动力学报 2020年第12期35卷 2681-2688页

作者：胡正根湛利华董曼红刘观日李斌常志龙中南大学机电工程学院长沙410083 中国航天科技集团有限公司中国运载火箭技术研究院北京宇航系统工程研究所北京100076

基于有限元法研究了典型10 m级直径贮箱箱底焊缝在双面对称补强、内表面补强及外表面补强三种情况下的内压承载性能。数值计算采用二维对称平面模型,考虑了筒段和短壳真实边界条件及焊缝对承载能力的影响,构建的考虑材料塑性的非线性数... 详细信息

基于有限元法研究了典型10 m级直径贮箱箱底焊缝在双面对称补强、内表面补强及外表面补强三种情况下的内压承载性能。数值计算采用二维对称平面模型,考虑了筒段和短壳真实边界条件及焊缝对承载能力的影响,构建的考虑材料塑性的非线性数值分析模型准确地获得了贮箱箱底内外表面经向应力。结果表明:顶盖和瓜瓣焊缝区域是箱底的薄弱位置,使用内压下,双面对称补强的加强区内外表面经向应力差较小,结构均未进入塑性,单面补强的加强区内外表面经向应力差远大于双面对称补强,局部进入塑性,且外表面补强的加强区最大和最小经向应力差相对于内表面补强分别增加了9.7%和27.2%,变形不协调;设计内压下,箱底内外表面均有局部进入塑性,材料塑性对内外表面经向应力差有一定的缓解作用,能够显著缓解内外表面应力差造成的附加弯矩;双面对称补强优于内表面补强,内表面补强优于外表面补强,单面补强易产生附加弯矩,不利于箱底的均匀承载和变形协调。该研究结果指导了大直径贮箱箱底结构的优化设计。

关键词：焊缝补强贮箱箱底承载性能内表面补强外表面补强双面对称补强

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短壳绝热面积对液氢贮箱绝热性能影响

航空动力学报 2020年第8期35卷 1786-1792页

作者：胡正根湛利华朱文俐刘观日梁晓光中南大学机电工程学院长沙410083 中国航天科技集团有限公司中国运载火箭技术研究院北京宇航系统工程研究所北京100076

基于计算流体动力学(CFD)方法研究了典型5 m直径液氢贮箱在短壳未包裹绝热材料、50%面积及100%面积包裹绝热材料3种情况下对贮箱内液氢蒸发特性的影响。数值计算基于流体体积(VOF)模型计算两相流,基于Lee模型计算气液界面传质率,考虑了... 详细信息

基于计算流体动力学(CFD)方法研究了典型5 m直径液氢贮箱在短壳未包裹绝热材料、50%面积及100%面积包裹绝热材料3种情况下对贮箱内液氢蒸发特性的影响。数值计算基于流体体积(VOF)模型计算两相流,基于Lee模型计算气液界面传质率,考虑了短壳包裹泡沫表面及未包裹泡沫的暴露表面结霜对漏热的影响,构建的数值模型及界面传质计算具有清晰的气液界面,准确地捕捉到了液氢液面的变化。结果表明:短壳是液氢贮箱漏热的主要因素,对液氢蒸发率影响起重要作用;相对于短壳未绝热,50%绝热使得液氢贮箱气相平均温度从110 K下降到32 K,绝热面积占比增加到100%时,气相平均温度下降到约23 K,绝热改善效果相对降低;比较短壳绝热面积占比从50%增加到100%与从0增加到50%对相对蒸发率影响,前者差异较小,仅降低2.4%,而后者差异明显,下降了40.9%。研究结果指导了液氢贮箱绝热结构的优化设计。

关键词：液氢贮箱短壳结构绝热性能计算流体动力学(CFD) 流体体积(VOF)

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TC4钛合金焊接接头疲劳损伤演变模型研究

航空动力学报 2003年第2期18卷 206-210页

作者：郭海丁邬华芝刘观日高德平南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

对航空发动机焊接式整体叶盘结构,用损伤力学理论研究焊接接头低周疲劳损伤演化规律,以带内变量的热力学为基础,根据低周疲劳损伤特性及耦合的应变等价原理,建立了焊接低周疲劳损伤演变模型。用控制应变的疲劳试验,对航空发动机中常用的... 详细信息

对航空发动机焊接式整体叶盘结构,用损伤力学理论研究焊接接头低周疲劳损伤演化规律,以带内变量的热力学为基础,根据低周疲劳损伤特性及耦合的应变等价原理,建立了焊接低周疲劳损伤演变模型。用控制应变的疲劳试验,对航空发动机中常用的TC4钛合金焊接试件进行了疲劳损伤的测量,验证了损伤演变模型。模型中的参数具有明确的物理意义,且容易测量。研究结果对航空发动机焊接式整体叶盘寿命预测有参考价值。

关键词： TC4钛合金焊接接头疲劳损伤损伤模型低周疲劳航空发动机

蠕变时效对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第2期52卷 368-375页

作者：焦君李国鹏湛利华杨有良胡正根刘观日中国运载火箭技术研究院北京100076 中南大学机电工程学院湖南长沙410083 北京宇航系统工程研究所北京100076

为了研究蠕变应力作用下的时效热处理对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响,对蠕变时效与人工时效2种不同热处理工艺板材的搅拌摩擦焊接进行对比实验。研究结果表明:相比于人工时效板材的搅拌摩擦焊(AA+FSW)接头,蠕变时... 详细信息

为了研究蠕变应力作用下的时效热处理对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响,对蠕变时效与人工时效2种不同热处理工艺板材的搅拌摩擦焊接进行对比实验。研究结果表明:相比于人工时效板材的搅拌摩擦焊(AA+FSW)接头,蠕变时效板材搅拌摩擦焊(CA+FSW)接头的显微硬度、抗拉强度和伸长率均更高;CA+FSW板材和AA+FSW板材在焊缝横截面区的显微硬度呈"W"形分布,且低谷均位于热机影响区;与母材相比,CA+FSW板材和AA+FSW板材接头处的抗拉强度和伸长率都有所降低,其中,CA+FSW板材焊缝抗拉强度平均值为317.8 MPa,为母材的71.9%;AA+FSW板材后焊缝抗拉强度293.8 MPa,为母材的69.1%。板材在焊接过程中基体内的析出相发生了回溶现象,其中CA+FSW板材仍然残留少部分强化相θ′,而AA+FSW板材的析出相则基本全部回溶,因此,焊接后,应力时效板材的显微硬度和抗拉强度更高。

关键词： 2219铝合金蠕变时效人工时效搅拌摩擦焊力学性能微观组织

基于LS-DYNA的包带式星箭连接装置分离过程和冲击响应分析

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振动与冲击 2013年第24期32卷 174-179页

作者：武新峰刘观日雷勇军宋保永王帅于兵国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073 北京宇航系统工程研究所北京100076

采用显式非线性动力学分析方法来研究包带式星箭连接装置的分离过程和冲击响应,给出了有限元建模和预紧力施加方法,采用LS-DYNA软件计算得到某包带式星箭连接装置的包带动态包络和冲击响应;分析了对接框刚度、抗剪凸台、分离弹簧和拉伸... 详细信息

采用显式非线性动力学分析方法来研究包带式星箭连接装置的分离过程和冲击响应,给出了有限元建模和预紧力施加方法,采用LS-DYNA软件计算得到某包带式星箭连接装置的包带动态包络和冲击响应;分析了对接框刚度、抗剪凸台、分离弹簧和拉伸弹簧刚度系数等参数对分离冲击的影响,并采用单自由度"弹簧-质量"系统模拟缓释过程,讨论了缓释过程对分离冲击的影响。结果表明:①采用显式非线性动力学分析方法能够同时解决星箭分离过程仿真和冲击响应分析问题;②增加对接框刚度,合理设计抗剪凸台高度,适当减小分离弹簧推力和拉伸弹簧拉力均可降低分离冲击响应;③延长解锁装置释放时间能够同时降低最大冲击响应峰值及其对应频率。

关键词：包带式星箭连接装置显式非线性分析动态包络分离冲击