推力终止时结构的载荷识别及瞬态响应分析

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航天器在发射阶段要经历严酷的动力学环境,运载火箭发动机点火与关机引起的推力突变过程会对航天器产生冲击,此类冲击载荷在发射过程中难以直接测量,而且,严苛的重量限制等多种约束条件使得冲击响应不能完全通过实测获得。解决上述问题的一条重要技术途径是通过少量测点的实测响应反求动态载荷,以此为基础进行动力学正演计算,最终预示整个航天器结构及其所搭载设备的冲击响应。为此,本学位论文重点研究推力终止时星—箭耦合结构的冲击载荷反求和瞬态响应分析方法。分析自由运行的多自由度系统在推力终止阶段的动力学行为,揭示振动加速度响应与推力终止所经历时间和系统固有频率之间的关系,推力终止的过程越短或者系统固有频率越低,则冲击响应愈强烈。在线性时不变假设下,应用Green函数法反求整体平动自由结构的动态激励,构造星—箭耦合结构的两种响应预示方法,一种是基于界面力荷载的识别,另一种基于基础加速度激励的识别,且采用惯性载荷法分析结构的动态响应。建立测点的绝对运动加速度和动态激励的卷积关系,利用多种正则化方法求解反卷积问题。结合推力终止的地面模拟实验,将等效力激励和等效基础加速度激励重新作用到结构模型,分别从时域和冲击响应谱两方面比较实测结果和基于载荷反求的响应预示结果,检验文中所提方法的有效性和响应预示精度。研究动态激励的维数、载荷反求的测点位置及其局部刚度对分析精度的影响。利用MATLAB中的可视化界面GUI设计功能,按数据准备模块、响应读取模块、核函数读取模块、正则化方法和载荷识别模块、响应预示模块以及帮助模块集成动态载荷的识别和瞬态响应场分析的相关软件,开发相应的可视化界面,以便于工程应用。
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