大型捆绑式航天结构的动力分析研究

【摘要】：捆绑式火箭结构是一种复杂的航天结构。由于它的重要性，对于动力学分析提出了较高的要求，对其密集的模态不仅要求频率有较高的精度，而且要求计算所得振型尽可能接近实际。 本论文在对与本课题有关的动力子结构技术和回转壳半解析环元的国内外研究现状作了简单综述之后，主要介绍了作者所完成的下列工作： (1)提出将捆绑式火箭简化为回转壳用杆或梁连接的模型，把芯级、助推级和连接件作为不同的子结构，用分区广义变分原理导出采用半解析环元的回转壳子结构与梁杆子结构之间的连续条件，并推导了模态综合方程。 (2)提出捆绑式火箭简化为回转壳子结构与三维实体单元子结构相连接的模型，芯级和助推级的形状规则的大部分区域划分为回转壳子结构，形状不规则并承受连接件传递的集中载荷的局部区域划分为采用三维实体单元的子结构，利用分区广义变分原理近似满足子结构之间的协调，并推导了模态综合方程。文中引入了部分界面模态综合的概念，利用本文所讨论问题得特点来进一步减少界面自由度，文中还给出了它的收敛性说明。 (3)提出利用捆绑式火箭对称性的计算模型，对有两个正交对称面的带四个助推级的捆绑式火箭取四分之一的结构进行分析。对于采用回转壳环元的芯级而言，取四分之一结构归结为将所有富里叶分量分成互不耦合的四组分别求解。 (4)对一个芯级捆绑四个助推级的捆绑式火箭模型进行了计算，并将计算结果与已有的实验结果和多梁模型计算结果作了比较。 (5)对回转壳动力分析的半解析环元方法提出了一种提高精度的重分析修正方案。 本论文给出的一些计算实例表明：对于捆绑式火箭的上述三种计算模型以及回转壳的动力分析的重分析修正方案是合理、可行的，也是有效的。本文提出的模型能比较正确地反映多梁简化模型所不能反映的一些模态，它们是对以往常用的多梁模型的一种重要改进。结合论文所编制的程序在进一步完善后可提供设计部门使用。