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基于非概率可靠性理论的航天器隔振技术研究

作　者: 张业伟
导　师: 方勃
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 航天器隔振非概率可靠性动力学特性隔振性能评价振动测试
分类号: TB535.1
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

航天器隔振技术能够改善航天器发射过程中的动力学环境。随着航天领域新材料技术、新设计方法等创新技术的应用和发展，必然带来很多不确定性因素。为了使航天器能够抵抗不确定性环境等因素影响，隔离发射过程中来自运载火箭的激励，提高航天器发射过程的可靠性和安全性，本论文以实际工程为背景，基于非概率可靠性理论对航天器隔振技术进行了研究，其主要研究内容及成果如下：针对整星隔振系统，提出新型WSVI平台的概念性设计，并引入非概率可靠性设计思想。研究隔振平台的阻尼机理及设计方法流程，建立横纵向耦合系统的动力学模型，通过该模型从理论上探讨新型WSVI平台的多维隔振动力学特性。通过对WSVI系统的解析研究、数值仿真研究，建立了WSVI系统的隔振性能评价体系。通过引入非概率可靠性理论，建立隔振系统的非概率可靠性模型、非概率可靠性指标等理论方法。针对原理性被动WSVI平台的等效简化动力学模型对该隔振平台进行非概率可靠性设计，并进行非概率可靠性试验验证研究，推广非概率可靠性理论在航天领域的应用。针对被动原理性隔振平台的振动传递率受激励幅值影响的试验现象，进行隔振性能影响的物理机理研究，从理论上解释试验现象。利用经过有效验证的主被动一体化等效简化动力学模型对原理性主被动一体化WSVI系统的动力学特性进行非概率可靠性分析，并进行原理性主被动一体化WSVI系统的非概率可靠性试验研究，通过试验进行非概率可靠性理论分析的验证，研究了控制元件失效对整星隔振系统的影响。讨论主动作动元件对被动阻尼元件的影响，对非概率可靠性指标的仿真数据进行修正。通过多级运载火箭隔振耦合系统的动力学模型，研究了运载火箭动力学参数对WSVI效果影响的机理，并利用数值仿真进行了原理性分析的验证。进行了添加新型隔振平台对全箭动特性的仿真研究，表明新型隔振平台添加后对全箭动特性影响很小,并进行了全箭隔振耦合系统的非概率可靠性分析。基于以上理论分析及原理性WSVI平台研究对某卫星进行应用研究，在结构设计上增加了防摇装置，并进行发射过程的静过载强度仿真研究及整星隔振系统的非概率可靠性设计，通过试验对该整星隔振系统进行了非概率可靠性评估，表明该隔振平台具有高可靠性，并能够抵抗不确定环境的影响。最后考核了隔振平台的隔振性能，表明该平台能够实现多维隔振并具有良好的隔振效果，该隔振平台在国内首先实现了嵌入式整星隔振平台的工程应用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-27
  1.1 课题来源  14
  1.2 课题背景及研究的目的、意义  14-15
  1.3 国内外在该方向的研究现状及分析  15-24
    1.3.1 航天器隔振技术国内外研究现状  15-22
    1.3.2 非概率可靠性理论研究现状  22-24
  1.4 本文的主要研究内容  24-27
第2章整星隔振系统的动力学特性  27-41
  2.1 引言  27
  2.2 整星隔振平台概念性设计  27-30
    2.2.1 整星隔振平台的概念性结构设计  27-28
    2.2.2 阻尼元件的阻尼机理  28-29
    2.2.3 隔振平台设计方法流程  29-30
  2.3 整星隔振系统的横纵向耦合动力学模型  30-33
  2.4 新型整星隔振平台的隔振性能评价方法  33-39
  2.5 本章小结  39-41
第3章被动隔振系统动力学特性的非概率可靠性设计  41-63
  3.1 引言  41
  3.2 被动隔振系统的非概率可靠性理论  41-47
    3.2.1 固有频率和振动传递率变化区间的求解  42-44
    3.2.2 隔振系统的非概率可靠性模型  44-45
    3.2.3 隔振系统的非概率可靠性指标求解及灵敏性分析  45-46
    3.2.4 非概率可靠性的反优化设计  46-47
  3.3 原理性被动整星隔振平台非概率可靠性设计  47-52
    3.3.1 被动隔振系统一阶等效动力学模型  47-48
    3.3.2 动力学模型有效性验证  48-49
    3.3.3 非概率可靠性灵敏性分析及反优化设计  49-51
    3.3.4 整星隔振平台的航天可靠安全度  51-52
  3.4 原理性被动整星隔振平台非概率可靠性试验  52-55
  3.5 隔振系统的非概率可靠性评估方法  55-56
  3.6 阻尼非线性对隔振平台的隔振性能影响因素分析  56-62
    3.6.1 整星隔振系统非线性动力学模型  58-60
    3.6.2 阻尼非线性对隔振性能的影响  60-62
  3.7 本章小结  62-63
第4章主被动一体化隔振系统动力学特性的非概率可靠性分析  63-81
  4.1 引言  63
  4.2 主被动一体化隔振平台工作原理  63-64
  4.3 主被动一体化隔振系统的非概率可靠性理论  64-67
  4.4 原理性主被动一体化整星隔振平台非概率可靠性分析  67-73
    4.4.1 主被动一体化一阶等效动力学模型  67-70
    4.4.2 主被动一体化动力性等效模型验证  70-72
    4.4.3 主被动一体化平台动力学特性非概率可靠性分析  72-73
  4.5 原理性主被动一体化隔振平台非概率可靠性试验  73-77
  4.6 主动作动元件对被动阻尼元件影响因素分析  77-79
  4.7 本章小结  79-81
第5章全箭隔振耦合系统动力学特性及非概率可靠性分析  81-100
  5.1 引言  81
  5.2 全箭隔振耦合动力学系统的原理性分析  81-91
    5.2.1 多级火箭隔振耦合系统动力学模型  82-85
    5.2.2 隔振系统的原理性分析  85-91
  5.3 全箭隔振耦合系统动力学特性仿真研究  91-96
    5.3.1 全箭耦合系统的仿真模型  91-92
    5.3.2 全箭隔振耦合系统的动特性分析  92-96
  5.4 全箭隔振耦合动力学系统的非概率可靠性分析  96-99
  5.5 本章小结  99-100
第6章整星隔振平台的应用研究  100-110
  6.1 引言  100
  6.2 整星隔振平台样机结构设计  100-103
    6.2.1 增加防摇装置的隔振平台结构设计  100-101
    6.2.2 隔振平台样机的非概率可靠性设计及隔振性能仿真  101-103
  6.3 被动隔振平台样机的非概率可靠性评估试验  103-105
  6.4 主被动一体化隔振平台样机的非概率可靠性评估试验  105-106
  6.5 隔振平台样机的隔振性能评估试验研究  106-109
    6.5.1 隔振平台样机的纵向隔振性能评估试验  107
    6.5.2 隔振平台样机的横向隔振性能评估试验  107-109
    6.5.3 隔振平台样机的隔振性能试验结果分析  109
  6.6 本章小结  109-110
结论  110-112
参考文献  112-122
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果  122-125
致谢  125-126
个人简历  126

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