箭（弹）级间螺栓法兰连接结构准静载失效实验与数值仿真研究

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,设计准静载加载实验测试系统,进行了两次准静载失效实验,并利用ABAQUS软件建立对应的有限元模型。实验中设计了螺栓力响应信号采集传感器,获得了螺栓力响应数据、加载力与加载位移等多组关键数据。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构在准静载荷载作用下的失效机理,并对比验证了有限元模型数值模拟效果和精度与实验吻合较好。研究结论可为箭(弹)级间连接结构承载能力和失效实验设计提供参考。     

弹(箭)体级间连接结构准静载失效实验与数值预示

级间螺栓法兰连接是导弹(火箭)常见的连接方式,但破坏了整体结构连续性,且承载能力薄弱,在外荷载作用下易发生失效而使整弹(箭)结构强度丧失。根据实际导弹(火箭)连接结构特点,简化设计并制作了一组原理性实验件,设计了准静载加载实验测试系统和螺栓响应信号传感器,进行了两次准静载失效实验,并利用ABAQUS软件建立了对应的有限元仿真模型。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构在准静载荷载作用下的失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验吻合较好。研究结论可为弹(箭)体级间连接结构承载能力和失效实验设计提供参考。     

螺栓联结预应力施加方法改进研究

要在各种瞬态行为(碰撞、冲击等)中真实计算出含预紧螺栓结构系统的动态响应,就必须真实模拟出螺栓联结的真实内部应力分布。在以往研究的基础上,改进了只适合简化模型和轴向受力螺栓模型的轴向预紧力施加方法,并提出了使用局部降温法和等效摩擦法联合加载螺栓联结结构预应力的方法。将M24预紧螺栓结构的仿真结果与理论分析进行了比较,结果表明:该方法能够正确地模拟出应力在预紧螺栓结构中的分布,应力计算值误差也在工程允许误差范围之内。     

螺栓法兰连接结构有限元模型参数确定方法

螺栓法兰连接广泛用于各种工业结构中,为准确预测该连接在实际工作中发挥的作用,需要建立准确高效的有限元模型。针对有限元建模过程中模型各种参数的确定问题,综合使用数值仿真手段和试验手段分别对模型网格参数和接触参数的确定开展研究。参数确定后的螺栓法兰连接结构有限元模型在保证计算精度的前提下,计算效率得到显著提高。     

固体火箭发动机复合材料壳体裙黏接性能分析

采用数值计算方法研究复合材料壳体裙连接结构的黏接性能。通过建立纤维缠绕壳体的有限元模型,采用内聚力模型定义裙黏接面的接触关系,引入黏接界面的损伤失效准则,模拟黏接界面的脱黏行为,以此预测裙连接结构的极限承载。同时,研究壳体的轴向和环向应变及黏接面上的剪应力分布情况,以及弹性层的弹性模量与黏接长度对黏接性能的影响。数值算例表明,计算结果与实验数据相吻合,验证了该方法的正确性。所提方法可用于裙连接结构的优化设计中。     

参数化建模的螺栓法兰连接刚度分析

为分析几何参数对螺栓法兰连接刚度的影响,用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL(Patran Command Language)建立了螺栓法兰连接的参数化模型。研究了螺栓法兰连接刚度随连接结构几何参数的变化规律并进行了灵敏度分析。经分析可知,连接结构刚度对开孔位置比例参数最敏感,其次是上法兰厚度。当上部段长度大于某一数值时,连接结构刚度对上部段长度参数不敏感,这一结论能为连接结构动力学简化建模提供一定理论参考。     

低速大质量球头弹冲击下薄板塑性动力响应分析

为研究半穿甲导弹冲击下舷侧结构抗侵彻性能及机理,探讨舷侧抗半穿甲导弹侵彻结构设计,假设低速大质量球头弹冲击下薄板的穿甲破坏可分为隆起变形、碟形变形和弹体贯穿3个阶段,采用理想刚-塑性材料本构模型,同时考虑剪切、弯曲及薄膜拉伸对薄板变形和失效的作用,分析了薄板在冲击过程中的塑性动力响应及三个阶段中的变形吸能,并采用材料有效塑性应变失效准则分析了薄板的穿甲破坏准则,得到了弹体穿甲后的剩余动能和速度、薄板的弹道极限速度以及薄板的最大塑性变形。模型计算结果与实验结果及有限元分析结果吻合良好。     

防空旅指挥自动化系统Petri网决策组织结构

结合实战,在给出基本决策单元结构模型的基础上,依据战术原则建立了防空旅决策组织结构的Petri网表示模型,在决策单元的结构模型中信息处理分为四级:态势评估级(SA)、信息融合级(IF)、资源分配级(RA)、响应选择级(RS).就决策中同级决策组织结构分三种形式(集中式、分布式和混合式)进行了建模,并对三种形式进行了利弊分析,为防空旅C4ISR系统中决策组织结构的设计和分析提供了依据.     

基于参数化建模的包带式星箭连接结构优化设计

采用MSC.Patran参数化建模和遗传算法进行包带式星箭连接结构优化设计。首先给出了包带连接结构二维轴对称模型优化设计过程中涉及的V形卡块刚度等效、包带预紧力模拟和载荷施加方法,以及强度和刚度约束条件、优化目标等内容;然后以某直径为3m的包带连接结构为例进行了优化设计,并分析了对接框内延伸段长度和端头高度对应力及变形的影响;最后建立三维有限元模型进行静力分析。结果表明（1）该方法适用于包带连接结构的优化设计;（2）增加对接框内延伸段长度和端头高度能够提高整体连接刚度;（3）三维有限元模型与轴对称模型计算结果一致,验证了轴对称模型分析方法的正确性,以及V形卡块等效和预紧力模拟方法的有效性。     

垂向冲击作用下金字塔点阵夹芯单元结构失效分析

为研究金字塔点阵夹芯结构在垂向冲击载荷作用下的动态力学性能,通过对其中一个单元结构在垂向压力作用下的受力和失效模式分析,同时考虑应变强化和应变率影响,建立了结构失效应力计算方法。为验证该计算方法,开展了落锤冲击试验,同时利用高速摄影机记录模型的响应过程,测量了模型垂向压缩的等效应力-应变关系。试验结果表明:结构失效模式与理论分析吻合,结构失效应力与理论计算相差不大。该研究结果可为金字塔点阵夹芯结构冲击吸能理论研究和数值仿真研究提供参考。     

Dynamic parameters of multi-cabin protective structure subjected to low-impact load – Numerical and experimental investigations

The dynamic response of a multi-cabin protective structure subjected to impact load directly affects the protective performance of materials; thus, studying the dynamic response and communication law of wave effect of the load plays an important role in the prediction of protective performance. In this study, the protection experiments of box-structure under air- and/or water-medium are conducted, the dynamic response of the structure subjected to low-impact load is analyzed, and the corresponding numerical simulations are analyzed using the theory of finite element method (FEM). Combined with experimental and FEM simulations, the shock strain distribution, acceleration attenuation, and signal energy in defensive materials are determined. Based on the results, the metal structure exhibits good absorption characteristics for shock vibration. Using the experimental data, we also show that the attenuation of shock wave in water medium should be significantly better than that in air medium, and the protective structure should be designed for a combination of water and air mediums. Meanwhile, the numerical simulation can provide a quantitative analysis process for dynamic analysis of defensive materials.     

基于Davenport风速谱的火箭及其发射平台风致响应分析

基于Davenport风速谱,采用M.Shinozuka法计算得到了三种不同基本风速下火箭芯级和助推器不同站点的风荷载时程样本,并调用MSC.Nastran软件对火箭及发射平台进行了瞬态响应分析,得到了停靠时不同基本风速下火箭及发射平台的位移响应。随着高度的增加,火箭芯级上各点的位移响应随之增加;不同基本风速下同一节点的最大位移之比约等于不同基本风速的平方之比。同时在脐带塔上设计了一个横拉减载结构,相同基本风速下的火箭位移响应明显减小,火箭及发射平台的抗风能力得到提高,对工程实际有较大的参考价值。     

大口径机枪弹性枪架稳定性分析的冲量法

大口径机枪在弹性枪架上射击稳定性的问题,是影响连发射击精度的一个重要问题,按传统方法以最大后座力或自动机后座到位的瞬间作用校核稳定性,其结果与实际射击现象不符。本文在分析大量实验现象后,提出稳定性分析计算中的冲量法,并以12.7mm 大口径机枪为例进行检验,结果与实验现象相符.     

基于仿真推演的导弹作战实验框架分析与设计

针对导弹武器论证设计高成本、高复杂度的问题，本文梳理了导弹作战实验设计服务的多种功能需求，阐述了导弹作战实验设计的数理方法；为构建具有较好柔性的导弹作战实验仿真框架，针对导弹系统多个性能指标，辨析了各类导弹作战实验仿真变量；针对作战实验中的环境和装备特性，梳理了导弹作战实验模型体系，提出了仿真新模型开发框架；结合导弹作战实验案例，构建了实验设计优化方法，提出了作战实验检验设计方案；从运行实验出发，阐述了设定作战想定、建立控制机制、开展结果分析等仿真环节的具体设计。通过这些工作，形成了一种支撑导弹作战实验的柔性仿真框架，为进一步开展基于仿真推演的导弹作战实验提供参考。     

导弹遥测故障的GM-Verhulst-SCGM预测算法

遥测故障预测是保障导弹遥测系统可靠性的基础。根据导弹遥测故障的历史数据,结合GM(1,1)模型、Verhucst模型和SCGM(1,1)c模型构建了导弹遥测故障的GM-Verhulst-SCGM组合灰色预测模型,按照预测有效度算法取得组合预测模型的权重系数。选用导弹遥测故障的训练组实际值作为原始数据,分别利用各预测模型估算对比组导弹遥测故障数据。预测结果表明,相比单一预测模型,组合灰色预测模型具备更高的故障预测精度。在验证组合灰色预测模型可行性的基础上,进一步估算了同一型号导弹未来时序的遥测故障数据,为相关部门及时改善导弹遥测技术及避免导弹故障提供理论及方法借鉴。     

A novel non-separation opening scheme of front cover for rocket launch canister

In view of that existing opening technologies of front cover for rocket launch canister have disadvantages such as causing damage on the ground equipment, not being reused and easily broken. A novel reusable non-separation spring-driven opening scheme is proposed to achieve rapid and reliable opening of the front cover. The mathematical model of the opening process of the front cover is established by the rigid body dynamics theory. To establish a response surface model to optimize the opening scheme, three main influencing factors of the opening process are obtained through the designed experiments, including the pre-compression, the stiffness of the thrust spring, and the thrust spring force arm length. In addition, the prescribed kinematic law was taken as constraint, and the smaller thrust spring preliminary pressure and angular velocity was taken as optimization expectations. The results show that the opening scheme meets the design requirements on opening process well. It also shows that the optimized scheme can reduce the kinetic energy of the front cover, and the impact on the canister effectively, achieving a reliable and rapid opening of the front cover.     

战术导弹多学科设计优化

建立了战术导弹多学科系统分析模型,提出了战术导弹多学科设计优化方法.通过系统级总体设计优化和并行的子系统级发动机设计优化的嵌套循环,得到满足战术导弹总体设计指标的最优发动机设计方案,即得到内外弹道相匹配的发动机最优推力时间曲线,实现了战术导弹多学科设计优化,缩短了战术导弹总体和固体推进学科的设计周期.战术导弹设计优化时不仅考虑了导弹战技性能指标要求,而且还考虑了22个典型攻击目标的运动特性,增加了导弹最优设计结果的实用性.     

A novel variable topology design for a multi-flexible ejection mechanism

The airborne missile launch mechanism often subjects to significant deformations induced by the large ejection force during high-speed actuations in missile ejection process, leading to a substantial deviation of separation parameters from designed values that threats safety of the carrier. This study proposes a novel variable topology design for launch mechanism, achieved via a Prismatic-Revolute-Revolute pair (PR-R) motion formed by the structural gap with a specific direction. It enables launch mechanism variability during missile ejection process and optimizes the ejection force given by the front and back ejection arms, and greatly optimizes the separation parameters during missile ejection. The kinetics simulation analysis is conducted under working conditions of the original ejection mechanism and the novel mechanism with variable topology design, respectively. The results show that the novel variable topology design is more befitting for the launch process in terms of system safety and controllability, effectively improving the separation posture, restraining the flexible effect of the mechanism, and fulfilling the effectiveness of the design value of multi-rigid body.