基于梁模型的蒙皮加筋結構縱橫扭一體化動力學分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于梁模型的蒙皮加筋結構縱橫扭一體化動力學分析方法，包括：1.分別采集蒙皮加筋結構的蒙皮彈性模量、蒙皮泊松比，桁條彈性模量、桁條泊松比，蒙皮殼直徑，蒙皮厚度；所采集的桁條共有m類桁條，采集每類桁條的個數(shù)、截面積、截面慣性矩及極慣性矩；2.獲取蒙皮面積；3.獲取蒙皮加筋結構總的拉壓剛度；4.獲得蒙皮截面慣性矩；5.獲取蒙皮加筋結構總的彎曲剛度；6.獲取蒙皮截面慣性矩；7.獲得蒙皮加筋結構總的扭轉(zhuǎn)剛度；8.借助有限元方法劃分為若干個梁單元，進而進行結構縱橫扭一體化動力學分析。本發(fā)明解決了捆綁火箭縱向與橫向、縱向與扭轉(zhuǎn)、橫向與扭轉(zhuǎn)模態(tài)耦合問題，實現(xiàn)了火箭結構縱橫扭一體化動力學分析。
【專利說明】基于梁模型的蒙皮加筋結構縱橫扭一體化動力學分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種一體化動力學分析方法，主要涉及到運載火箭和液體導彈結構剛度的基于梁模型的蒙皮加筋結構縱橫扭一體化動力學分析方法。
【背景技術】
[0002]火箭結構高強度、剛度、輕質(zhì)化要求，大量采用蒙皮加筋結構、網(wǎng)格加筋結構、蜂窩夾層結構在火箭結構，在采用梁模型建模時，沒有合適的截面形式同時正確描述蒙皮加筋、網(wǎng)格加筋的拉壓剛度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，無論采用面積等效還是慣性矩等效都放大了縱向構件(桁條、縱向網(wǎng)格)對扭轉(zhuǎn)剛度的作用，導致全箭扭轉(zhuǎn)頻率分析結果存在較大偏差。蒙皮加筋圓結構由蒙皮殼、桁條、環(huán)框組成，具有高強度、剛度、輕質(zhì)化特性，在火箭結構中廣泛的應用。
[0003]目前，在有限元分析時，根據(jù)全振動特性試驗結果并考慮到蒙皮加筋結構扭轉(zhuǎn)剛度較低的特點，在采用等效面積法構造薄壁圓柱梁單元時，單元扭轉(zhuǎn)剛度乘以0.7的系數(shù)；而在采用NASTRAN等通用軟件建模式，由于材料E、G、υ (彈性模量、剪切模量、泊松比)三個之間的固有關系(G=E/2(l=u))，只能通過增加u降低剪切彈性模量，從而使梁單元扭轉(zhuǎn)剛度的調(diào)整受到限制。在長征二號丙火箭中，將火箭的橫向模型與扭轉(zhuǎn)模型分開，對不同的結構形式采用不同扭轉(zhuǎn)等效厚度。該處理方法對縱向、橫向和扭轉(zhuǎn)模態(tài)耦合不嚴重的串聯(lián)火箭是可行的，但無法反映捆綁火箭的縱向與扭轉(zhuǎn)、橫向與扭轉(zhuǎn)耦合模態(tài)。對于蒙皮加筋結構，其縱向構件只承擔縱向力，對結構的軸向和彎曲剛度起到加強作用，而對扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻很小。如果單純的將蒙皮加筋結構根據(jù)截面等效簡化成為梁單元，其彎曲剛度或扭轉(zhuǎn)剛度必然有一個與結構實際剛度不一致。
[0004]因此，亟待采用一種蒙皮加筋結構縱橫扭一體化動力學分析方法，使其可以解決了傳統(tǒng)的通過對梁單元截面屬性賦值造成的剛度不一致問題，適用于火箭動特性分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種基于梁模型的基礎上對蒙皮加筋結構進行分析，準確反映了其拉壓剛度、彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，解決了捆綁火箭縱向與橫向、縱向與扭轉(zhuǎn)、橫向與扭轉(zhuǎn)模態(tài)耦合問題，實現(xiàn)了火箭結構縱橫扭一體化的動力學分析方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案包括以下步驟:
[0007]步驟一、分別采集蒙皮加筋結構的蒙皮彈性模量Es、蒙皮泊松比V8，桁條彈性模量Eb、桁條泊松比vb，蒙皮殼直徑D，蒙皮殼厚度δ ;所采集的桁條共有m類桁條，采集第i類桁條的個數(shù)隊、截面積Ab1、截面慣性矩Ibi及極慣性矩Jbi，其中i=l，2，…，m ;
[0008]步驟二、根據(jù)第一步采集得到的蒙皮殼直徑D，蒙皮殼厚度δ，進而獲取蒙皮面積A5 ；
[0009]A5=JiD δ ；
[0010]步驟三、根據(jù)步驟一采集得到的蒙皮彈性模量Es，桁條彈性模量Eb，第i類桁條的個數(shù)Ni和截面積Abi，以及步驟二獲取的蒙皮面積As，進而獲取蒙皮加筋結構總的拉壓剛度Kl;
[0011 ]
【權利要求】
1.一種基于梁模型的蒙皮加筋結構縱橫扭一體化動力學分析方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一、分別采集蒙皮加筋結構的蒙皮彈性模量Es、蒙皮泊松比V8，桁條彈性模量Eb、桁條泊松比vb，蒙皮殼直徑D，蒙皮殼厚度δ ;所采集的桁條共有m類桁條，采集第i類桁條的個數(shù)隊、截面積Ab1、截面慣性矩Ibi及極慣性矩Ibi，其中i=l，2，…，m ; 步驟二、根據(jù)第一步采集得到的蒙皮殼直徑D，蒙皮殼厚度δ，進而獲取蒙皮面積As ；
【文檔編號】G01M99/00GK103575555SQ201210256390
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月23日 優(yōu)先權日:2012年7月23日
【發(fā)明者】潘忠文, 廉永正, 曾耀祥, 董鍇, 王旭, 楊樹濤, 徐慶紅, 王明宇 申請人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 中國運載火箭技術研究院