应用土壤修正模型的返回器着陆冲击响应预示

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1、第24卷第3期航天器工程V01．24No．32015年6月SPACECRAFTENGINEERING45应用土壤修正模型的返回器着陆冲击响应预示王晓姝赵会光(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要在返回器着陆冲击响应预示研究中，土壤模型的准确建立是着陆冲击仿真的关键影响因素，由于土壤特性复杂，目前尚无完善描述冲击下的土壤本构关系模型。为此，文章根据已有的土壤模型，提出结合返回器刚体模拟器着陆冲击试验数据，利用多参数递进方法修正土壤模型中的体积模量、剪切模量和屈服参数，获得土壤修正模型。利用上述土壤修正模型，对刚体

2、模拟器3种试验工况进行仿真，仿真结果与试验结果的误差在±10％以内，证明了修正模型的准确性。利用土壤修正模型对返回器柔性体模拟器建模，得到的柔性体模型着陆冲击仿真结果与试验结果有较高的吻合度。因此，土壤修正模型能准确预示着陆冲击，可为返回器优化设计提供参考。关键词返回器；着陆冲击；土壤模型；参数修正中图分类号：V415．4文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．03．008ReturnableCapsuleLandingImpactResponseBasedonModifiedSo

3、ilModelWANGXiaoshuZHAOHuiguang(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Establishingsoilmodelaccuratelyisakeyfactoraffectingthelandingimpactsimulationfortheresearchonlandingimpactresponseofareturnablecapsule．DuetOthecomplexityofso

4、ilproperties，thereisnoperfectdescriptionforsoilconstitutiverelationunderimpactload．There—fore，inordertoobtainsuitablesoilmodel，thispapercombinesoriginalsoilmodelwiththerigidsimulatorlandingimpacttestdatatomodifysoilmodelparameters，includingshearmodulus，bulkmodulus

5、andyieldparameters，byusingthemethodofmulti—parameterprogressivemodifica—tion．Threetestconditionsofrigidsimulatorbyusingmodifiedsoilmodelaresimulated，andthesimulationresulterrorofeachrigidmodelconditionislessthan-4-10％comparedwiththetestresult，SOthesollmodelisusabl

6、e．Thesimulationresultofflexiblemodelcoincideswiththetestresultbyusingmodifiedsoilmodel．Theresearchshowsthatmodifiedsoilmodelcanaccuratelypredictlandingimpact，aswellasprovideareferenceforsubsequentoptimizationdesignofre—turnablecapsule．Keywords：returnablecapsule；la

7、ndingimpact；soilmodel；parametermodification收稿日期：2014—04—28；修回日期：2014—08—14基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：王晓妹，女，硕士，助理工程师，从事航天器机械总体设计工作。Email：wxs926@126．corn。航天器工程1引言返回器在着陆时与地面发生接触，垂向速度在短时问内降为零，会产生比较大的冲击载荷。在冲击载荷作用下，返回器主／次结构、平台设备将产生一定的冲击应力、变形和加速度响应，因此，准确预示冲击环境及其影响是结构系统优化设计、确保任务

8、成功的关键。返回器结构材料主要为金属，有关金属结构对返回器着陆冲击影响的研究已经较为成熟，因此要重点研究土壤模型参数对返回器着陆冲击的影响。土壤在微观结构上具有晶粒结构、孔隙和微裂纹等特征，并且在孔隙或微裂纹中还含有液体或气体，因此土壤具有复杂的力学特性，并且在动力环境下的复杂性更为明显。相关参数的试验