包带式分离结构的冲击源耦合效应研究.pdf

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1、硕士学位论文包带式分离结构的冲击源耦合效应研究THESTUDYOFPYROSHOCKCOUPLINGEFFECTBASEDONCLAMPBANDSEPARATIONSYSTEM杨昊天哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O34学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工程硕士学位论文包带式分离结构的冲击源耦合效应研究硕士研究生杨昊天导师孙毅教授申请学位工程硕士学科航天工程所在单位航天学院答辩日期2018年6月授予学位单位哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O34U.D.C:531Dissertation

2、fortheMasterDegreeinEngineeringTHESTUDYOFPYROSHOCKCOUPLINGEFFECTBASEDONCLAMPBANDSEPARATIONSYSTEMCandidate：YangHaotianSupervisor：Prof.SunYiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffiliation：SchoolofAerospaceDateofDefence：June,2018De

3、gree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要航天器在运行过程中会经历严酷复杂的振动、噪声和冲击力环境。其中冲击环境主要来自于分离过程，航天器结构及敏感元器件建可能会在该冲击下失效，甚至导致航天任务的失败。包带式分离结构因为其较高的可靠性，被广泛应用于星箭连接结构。包带式分离结构分离时的冲击主要来自于两方面。一方面，爆炸螺栓爆炸时会在邻近结构上产生极大的冲击力，以高频、高量级的材料应力波形式在结构中传播，并在结构上产生高冲击、宽频带的瞬

4、时的机械响应。另一方面，在包带预紧力的作用下，星箭对接框由于形变而储存了应变能，解锁分离时，对接框失去了包带对其的束缚，应变能逐渐转化为动能，从而引起振动冲击。本文借助软件LS-DYNA显式动力学方法对包带式分离结构的局部和整体理论模型进行仿真，对两种冲击各自的特性以及其耦合效应进行了深入的研究。第1章介绍了本论文课题研究的项目和意义，简要回顾了国内外的研究现状，强调了冲击环境的重要性，分析了近几年来在冲击源耦合部分的空缺，进而确定了本论文的研究内容。第2章使用ALE方法对爆炸螺栓断裂过程进行仿真，对爆炸过程进行了详细描述，并对

5、切口处单元的等效塑性应变、推杆和外壳的冲击响应进行了分析比较。对包带式分离结构模型的合理性进行了验证。并对爆炸冲击的特性进行了分析。第3章采用力载荷的方式替代螺栓预紧，对包带式分离结构分离过程中的应变能释放冲击进行了仿真。建立了简化-包带分离模型，对包带平衡状态的能量分配进行了深入的研究，得到了应变能释放冲击特性。并对卡块数量、包带预紧力两种可能影响应变能释放冲击的因素进行分析，为减少分离冲击提供了理论依据。第4章对仅爆炸冲击作用、仅应变能释放冲击作用和应变能释放冲击与爆炸冲击共同作用-三种不同工况下的模型进行了仿真。并对螺栓与

6、包带连接处的近场测点，位于上端框分离面的中远场测点的响应结果进行了对比分析，定性地给出了两种冲击源的耦合规律。关键词：包带式分离结构；火工冲击；显式有限元；耦合关系-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThespacecraftwillexperiencecomplexvibration,noiseandimpactenvironmentsduringitsoperation.Theimpactenvironmentmainlycomesfromtheseparationprocess.Thespacecrafts

7、tructureandsensitivecomponentsmayfailunderthisimpact,whichmayleadingtothefailureofspacemissions.Becauseofitshighreliability,theclamp-bandseparationsystemiswidelyusedforseparationofspacecraftorsatellitesfromthelaunchvehicles.Theimpactofseparationoftheclamp-bandseparat

8、ionsystemmainlycomesfromtwoaspects.Ononehand,theexplosionboltwillhaveagreatimpactontheadjacentstructurewhenitisexploded,whichwillpr