包帶連接建模與力學(xué)特性研究.pdf

1、包帶連接在航天工程當(dāng)中具有廣泛的應(yīng)用，主要的功能是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與火箭的連接與分離。包帶連接工作在衛(wèi)星的發(fā)射階段，發(fā)射階段的動(dòng)力學(xué)環(huán)境非常惡劣。包帶連接對(duì)整體星箭系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性具有重要的影響，在進(jìn)行飛行器建模時(shí)需要給予充分的考慮，但目前關(guān)于包帶連接的研究尚不完善。本文通過(guò)直接建模、試驗(yàn)和參數(shù)識(shí)別的方法對(duì)包帶連接進(jìn)行了深入全面的研究。
　　首先研究了接觸力學(xué)基本理論，建立了包帶連接的三維有限單元模型，對(duì)預(yù)緊力加載工況和軸向拉伸工況進(jìn)行了

2、仿真，分析了包帶連接部件的變形、應(yīng)力分布、接觸力及摩擦力分布。為包帶連接的設(shè)計(jì)改進(jìn)和加載工藝改進(jìn)提供了參考。
　　包帶連接工作過(guò)程中，主要涉及三種接觸面，即包帶與卡塊之間的接觸面(S-V面)、卡塊與連接環(huán)之間的接觸面(V-R面)和連接環(huán)與連接之間的接觸面(R-R面)。本文對(duì)三種接觸面上的作用力和預(yù)緊力以及它們之間的關(guān)系進(jìn)行了全面分析，在此基礎(chǔ)上得到了包帶連接的分析模型，其中考慮了包帶的剛度、卡塊的剛度、連接環(huán)的剛度。
　　將

3、包帶模型列入了整體結(jié)構(gòu)的虛功方程，在梁?jiǎn)卧幕A(chǔ)上推導(dǎo)了包帶模型的有限元列式，將V-R面和R-R面上的接觸力表示為單元節(jié)點(diǎn)位移的函數(shù)，并進(jìn)一步得到接觸力的等效節(jié)點(diǎn)載荷向量，實(shí)現(xiàn)了與有限單元法的融合。對(duì)于含有包帶連接的結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程為非線性微分方程，可以采用Newmark直接積分法求解。為了體現(xiàn)包帶預(yù)緊力對(duì)包帶連接動(dòng)力學(xué)特性的影響，對(duì)于一個(gè)給定的預(yù)緊力，首先計(jì)算該預(yù)緊力引起的結(jié)構(gòu)位移，然后通過(guò)一次坐標(biāo)變換將變形后的構(gòu)型作為動(dòng)力學(xué)計(jì)算的初

4、始構(gòu)型。
　　提出了一種適用于大型結(jié)構(gòu)連接部件非線性參數(shù)識(shí)別的方法，該方法利用了非線性模態(tài)理論、特征值攝動(dòng)理論和描述函數(shù)理論。首先采用描述函數(shù)方法計(jì)算非線性部分的廣義準(zhǔn)線性矩陣，而后將廣義準(zhǔn)線性矩陣看作隱含線性系統(tǒng)的攝動(dòng)，再結(jié)合特征值攝動(dòng)理論得到識(shí)別方程。識(shí)別過(guò)程包括兩個(gè)步驟，即基于小量級(jí)試驗(yàn)的線性參數(shù)識(shí)別和基于大量級(jí)試驗(yàn)的非線性參數(shù)識(shí)別。另外，針對(duì)實(shí)際工程中非線性自由度的響應(yīng)往往不能全部測(cè)量的問(wèn)題，提出了利用測(cè)量自由度的響應(yīng)估計(jì)

5、非線性自由響應(yīng)的方法。最后，利用該方法對(duì)包帶連接進(jìn)行了參數(shù)識(shí)別。
　　參照標(biāo)準(zhǔn)接口的包帶，設(shè)計(jì)了一個(gè)包帶連接實(shí)物模型，并進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。為了排除部件有限元模型誤差的影響，對(duì)單個(gè)部件進(jìn)行了錘擊試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果采用逆特征值分析方法對(duì)部件模型進(jìn)行了修正。對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列不同預(yù)緊力條件和不同振動(dòng)量級(jí)的正弦掃頻試驗(yàn)。將試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果均表明，隨著振動(dòng)幅值的增大，結(jié)構(gòu)的共振頻率明顯降低，表現(xiàn)出軟剛度特性；