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航天器火工冲击模拟试验及响应预示方法研究综述

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爆炸与冲击 2016年第2期36卷 259-268页

作者：赵欣丁继锋韩增尧邹元杰中国空间技术研究院总体部北京100094 中国空间技术研究院研究发展部北京100094

航天器火工冲击力学环境是由星箭分离、部组件展开等工作过程中的火工品起爆引起的作用于结构上的高频、高加速度量级的瞬态冲击响应,能对航天器上含有晶振、脆性材料等的精密电子设备造成致命损伤,是航天器需要经历的最苛刻的力学环境... 详细信息

航天器火工冲击力学环境是由星箭分离、部组件展开等工作过程中的火工品起爆引起的作用于结构上的高频、高加速度量级的瞬态冲击响应,能对航天器上含有晶振、脆性材料等的精密电子设备造成致命损伤,是航天器需要经历的最苛刻的力学环境之一。本文中,对国内外航天器火工冲击地面试验方法和环境预示方法做了全面、详细的介绍,总结了这两个方面的研究进展,分析了我国在这两个方面与航天强国的差距。最后,从我国航天工程实际需求出发,提出了今后航天器火工冲击领域应重点开展的研究方向。

关键词：振动理论响应预示火工冲击航天器地面试验流体代码显式有限元统计能量分析虚模态综合法

能量有限元法研究进展及在飞行器高频振动响应预示中的应用

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航空工程进展 2024年第6期15卷 51-65页

作者：陈兆林杨智春西北工业大学航空学院西安710072 强度与结构完整性全国重点实验室西安710072

结构的高频振动问题严重影响飞行器的服役安全性、可靠性和舒适性,高效准确地预示结构的高频振动响应具有重要的学术研究价值和工程实践意义。能量有限元法是近年来发展起来的一种高频振动响应预示新方法,弥补了有限元法、统计能量法等... 详细信息

结构的高频振动问题严重影响飞行器的服役安全性、可靠性和舒适性,高效准确地预示结构的高频振动响应具有重要的学术研究价值和工程实践意义。能量有限元法是近年来发展起来的一种高频振动响应预示新方法,弥补了有限元法、统计能量法等传统方法在高频振动响应预示方面的不足。本文回顾了能量有限元法的研究进展,阐述了能量有限元法的基本理论及其在工程领域的拓展和应用,对能量有限元法在飞行器结构高频振动响应预示方面的研究工作进行了介绍,并对能量有限元法未来的发展方向进行了展望。

关键词：能量有限元法高频振动响应预示能量密度能量流

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航行体高速入水冲击响应预示及其特性研究

航行体高速入水冲击响应预示及其特性研究

第十五届全国振动理论及应用学术会议（NVTA2023）

作者：王鹏飞刘振

航行体高速入水是一个气-液-固三相耦合的复杂非线性问题,随着航天航海领域的发展,对入水瞬态冲击过程的研究也越来越被重视。本文在入水冲击理论研究的基础上,考虑了空气、水与航行体外形结构在重力场作用下相互耦合的复杂机理,并通过... 详细信息

航行体高速入水是一个气-液-固三相耦合的复杂非线性问题,随着航天航海领域的发展,对入水瞬态冲击过程的研究也越来越被重视。本文在入水冲击理论研究的基础上,考虑了空气、水与航行体外形结构在重力场作用下相互耦合的复杂机理,并通过适用于大变形计算的无网格法—物质点法(MPM)与目前已经较为成熟的有限元分析方法—任意拉格朗日欧拉方法(ALE)对文献中已有的高速入水实验分别进行仿真,并与其实验数据结果作对比,部分结果误差控制在10%以内,以此验证了MPM仿真算法的准确性,通过建立不同头型的航行体模型并在不同入水角度、不同入水速度的工况下进行仿真模拟,得到了航行体的高速入水冲击响应,并将结果进行分析,最终得到了航行体不同外形结构在不同工况下的冲击响应特性曲线,该研究可为入水航行体的结构外形优化设计提供的一些设计准则。

关键词：高速入水流固耦合冲击载荷响应预示

来源： cnki会议评论

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姿轨控发动机结构的中频振动响应分析

西安交通大学学报 2023年第11期57卷 12-20页

作者：吴丹薛杰艾鹏飞王珺谢石林西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室西安710100 西安交通大学航天航空学院西安710049

为了提高姿轨控发动机结构环境试验的设计水平,迫切需要研究相应的环境试验响应分析方法。基于姿轨控发动机中频振动特征明显这一特点,综合考虑各组件的模态数及结构特征,为姿轨控发动机建立了适用于中频响应分析的混合有限元-统计能量... 详细信息

为了提高姿轨控发动机结构环境试验的设计水平,迫切需要研究相应的环境试验响应分析方法。基于姿轨控发动机中频振动特征明显这一特点,综合考虑各组件的模态数及结构特征,为姿轨控发动机建立了适用于中频响应分析的混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)模型。在地面试验中,由于使用振动台,输入功率无法直接采用现有理论进行计算,提出了一种基于连接界面随机振动加速度功率谱密度的振动台激励输入功率计算方法,用以实现发动机结构在振动台激振下的响应预示。基于混合有限元-统计能量分析的姿轨控发动机结构响应预示结果与振动台试验的响应测量结果比较,结果表明,混合有限元-统计能量分析方法在中频分析频段内能够准确预示结构响应,当随机子系统的模态数大于3时,对应中心频率下的结构中频响应预示误差均小于±3 dB,具有良好的环境试验响应预示精度。混合FE-SEA方法的预示结果准确性与随机子系统在分析频带内的模态数密切相关,当模态数较小时,预示结果与试验结果在较低频带的误差变得显著。该研究内容为姿轨控发动机结构的中频振动响应分析提供了有效参考。

关键词：姿轨控发动机结构中频振动混合有限元-统计能量分析振动台激励响应预示

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航天器火工冲击环境分析预示方法研究综述

航天器环境工程 2016年第3期33卷 247-256页

作者：赵欣丁继锋韩增尧邹元杰单立北京空间飞行器总体设计部中国空间技术研究院北京100094

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器... 详细信息

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器及其组件冲击环境条件设计以及系统级和单机缓冲设计,都迫切需要能够准确预示航天器的火工冲击响应。文章对国内外航天器火工冲击响应机理进行综合理论分析,并在系统调研分析预示方法的基础上提出了航天器火工冲击响应预示研究的重点和难点。

关键词：航天器火工冲击响应预示流体代码显式有限元法瞬态统计能量分析虚模态综合法

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航天器火工冲击源力函数模拟分析

航天器环境工程 2020年第4期37卷 348-354页

作者：杨光刘波李正举张程中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094

为对航天器火工冲击响应进行预示分析,使用显式有限元法对冲击源力函数进行模拟。以太阳电池阵解锁为背景,建立合理的有限元模型,分析多种简单脉冲函数及其组合函数在航天器上的冲击响应规律。通过与试验实测数据对比分析,使用简单脉冲... 详细信息

为对航天器火工冲击响应进行预示分析,使用显式有限元法对冲击源力函数进行模拟。以太阳电池阵解锁为背景,建立合理的有限元模型,分析多种简单脉冲函数及其组合函数在航天器上的冲击响应规律。通过与试验实测数据对比分析,使用简单脉冲函数的叠加,得到符合试验结果的冲击源脉冲函数,使冲击环境预示结果与实测数据一致。文章所提供的冲击源载荷拟合方法无须对复杂的火工品装置建模,可为后续冲击响应分析工作奠定基础。

关键词：火工冲击响应预示脉冲函数显式有限元法

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基于准稳态假设的航天器冲击环境预示方法

基于准稳态假设的航天器冲击环境预示方法

噪声载荷作用下航天器结构振动的仿真与试验研究

2018年全国固体力学学术会议

作者：丁继锋王熊孙毅刘伟北京空间飞行器总体设计部哈尔滨工业大学航天学院力学系

航天器火工冲击环境是指器箭分离和航天器上部组件展开解锁火工品起爆时刻产生的高频瞬态载荷作用在航天器结构上产生的瞬态响应。航天器火工冲击环境虽然一般不会造成结构的破坏,但是会造成精密元器件、脆性材料等的损伤,进而造成单机... 详细信息

航天器火工冲击环境是指器箭分离和航天器上部组件展开解锁火工品起爆时刻产生的高频瞬态载荷作用在航天器结构上产生的瞬态响应。航天器火工冲击环境虽然一般不会造成结构的破坏,但是会造成精密元器件、脆性材料等的损伤,进而造成单机失效,甚至航天任务的失败。因此,精确的航天器冲击环境预示,是对航天器及其部组件可靠性、安全性进行评价、试验验证的前提。然而,传统的有限元分析方法难以准确预示结构的高频响应,基于稳态假设的统计能量分析方法(SEA)又无法刻画火工冲击的瞬态特征。本文提出一种基于准稳态假设的冲击响应预示方法,认冲击载荷在时间足够短时是准稳态的,准稳态时间段内可以采用传统的统计能量方法进行分析。首先将冲击的力函数进行短时傅里叶变换得到加载信号的时频等值曲线,使用短时傅里叶变换结果进行加载,基于统计能量分析方法得到结构频域响应结果。然后,将一系列频响结果进行短时傅里叶逆变换通过信号重构得到时域响应结果,再计算相应的冲击响应谱。最后,以L型耦合板结构为例,将基于准稳态假设和虚拟模态综合法结果进行对比,结果表明两种方法预示的响应谱型相似,响应值在对应频率范围内相差较小,验证了基于准稳态假设冲击环境预示方法的合理性和准确性。

关键词：准稳态火工冲击响应预示傅里叶变换

来源： cnki会议评论

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噪声载荷作用下航天器结构振动的仿真与试验研究