飞行器整流罩分离的动力学模拟及可靠性分析

论文摘要

随着我国经济实力的增强和航空航天技术的进步,飞行器的飞行任务将越来越多,同时飞行器推进系统的发展和新材料的使用使整流罩的外形尺寸增加而刚度降低,在运行和分离过程中的工作状态变得更加复杂。另一方面,传统的使用安全系数的设计方法作为一种确定性的设计方法没有考虑真实过程中诸如材料力学性能、零件外形尺寸和工作状态等的随机性特征,应用在飞行器设计上,具有一定的盲目性,有时是不经济的和不合理的。本文针对以上情况,基于动力学理论和有限元方法对整流罩的静动态特性、分离过程和强度可靠性进行了研究。首先,分析了整流罩的整体结构和工作过程,讨论了整流罩的静、动态分析有限元模型的建立方法,分析了模型的简化和网格划分对求解过程和计算结果的影响。其次,基于弹性力学和弹性动力学理论并运用有限元方法分析了整流罩的静态特性和动态特性,获得了整流罩在等效为静态载荷的气动力的作用下的工作特性,分析了整流罩的固有振动特性和在动态载荷作用下的响应状况。然后,基于柔性多体系统动力学理论建立了整流罩的有限元模型,模拟了整流罩的分离过程,分析了整流罩在分离过程中的动力学行为,研究了由两半罩的弹性变形与自身大范围整体运动的耦合所造成的对各自运动特性的影响,讨论了分离过程对飞行器飞行状况的影响。最后,以材料的弹性模量、泊松比、密度和强度极限等力学特性的统计分布为依据,运用随机有限元分析理论,分析了整流罩在静态载荷作用下的强度可靠性,辨识出了对被分析量影响较大的随机输入变量并获得相应的敏感性数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 国内外动力学和整流罩分离的研究现状
• 1.3 国内外有限元法研究进展
• 1.4 国内外可靠性研究进展
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 整流罩的静态特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 弹性力学及其有限单元法
• 2.3 整流罩的结构介绍
• 2.4 整流罩的静态分析有限元模型的建立
• 2.4.1 整流罩实体模型的建立
• 2.4.2 单元类型的选择
• 2.4.3 单位制的选择和材料属性的定义
• 2.4.4 整流罩的静态分析有限元模型的建立
• 2.5 整流罩的静态特性分析
• 2.5.1 整流罩的轴向静态特性分析
• 2.5.2 整流罩的径向静态特性分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 整流罩的动态特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 弹性动力学及其有限单元法
• 3.3 整流罩的动态分析有限元模型的建立
• 3.4 模态分析理论与整流罩的模态分析
• 3.4.1 模态分析理论
• 3.4.2 整流罩的模态分析
• 3.5 谐响应分析理论与整流罩的谐响应分析
• 3.5.1 谐响应分析理论
• 3.5.2 整流罩的谐响应分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 整流罩分离过程的动力学模拟
• 4.1 引言
• 4.2 柔性多体系统动力学及其有限单元法
• 4.2.1 柔性多体系统动力学方程
• 4.2.2 柔性多体系统动力学的有限元方法
• 4.3 整流罩的分离模拟有限元模型的建立
• 4.3.1 单元类型的选择
• 4.3.2 材料属性的确定
• 4.4 整流罩分离过程的动力学模拟
• 4.4.1 动力学模拟过程说明
• 4.4.2 动力学模拟结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 整流罩的可靠性分析
• 5.1 引言
• 5.2 可靠性分析基本理论
• 5.2.1 可靠性中的概率分布
• 5.2.2 系统的可靠性
• 5.2.3 机械强度可靠性的计算方法
• 5.3 有限元法在可靠性分析上的应用
• 5.3.1 有限元法求解可靠性问题的基本思想
• 5.3.2 蒙特卡罗法
• 5.3.3 响应面法
• 5.4 整流罩的强度可靠性分析
• 5.4.1 整流罩的强度可靠性分析说明
• 5.4.2 整流罩的强度可靠性分析结果
• 5.5 整流罩的整机固有频率可靠性分析
• 5.5.1 整流罩的整机固有频率可靠性分析说明
• 5.5.2 整流罩的整机固有频率可靠性分析结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢