基于梁模型的蒙皮加筋结构纵横扭一体化动力学分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于梁模型的蒙皮加筋结构纵横扭一体化动力学分析方法，包括：1.分别采集蒙皮加筋结构的蒙皮弹性模量、蒙皮泊松比，桁条弹性模量、桁条泊松比，蒙皮壳直径，蒙皮厚度；所采集的桁条共有m类桁条，采集每类桁条的个数、截面积、截面惯性矩及极惯性矩；2.获取蒙皮面积；3.获取蒙皮加筋结构总的拉压刚度；4.获得蒙皮截面惯性矩；5.获取蒙皮加筋结构总的弯曲刚度；6.获取蒙皮截面惯性矩；7.获得蒙皮加筋结构总的扭转刚度；8.借助有限元方法划分为若干个梁单元，进而进行结构纵横扭一体化动力学分析。本发明解决了捆绑火箭纵向与横向、纵向与扭转、横向与扭转模态耦合问题，实现了火箭结构纵横扭一体化动力学分析。
【专利说明】基于梁模型的蒙皮加筋结构纵横扭一体化动力学分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种一体化动力学分析方法，主要涉及到运载火箭和液体导弹结构刚度的基于梁模型的蒙皮加筋结构纵横扭一体化动力学分析方法。
【背景技术】
[0002]火箭结构高强度、刚度、轻质化要求，大量采用蒙皮加筋结构、网格加筋结构、蜂窝夹层结构在火箭结构，在采用梁模型建模时，没有合适的截面形式同时正确描述蒙皮加筋、网格加筋的拉压刚度、弯曲刚度、扭转刚度，无论采用面积等效还是惯性矩等效都放大了纵向构件(桁条、纵向网格)对扭转刚度的作用，导致全箭扭转频率分析结果存在较大偏差。蒙皮加筋圆结构由蒙皮壳、桁条、环框组成，具有高强度、刚度、轻质化特性，在火箭结构中广泛的应用。
[0003]目前，在有限元分析时，根据全振动特性试验结果并考虑到蒙皮加筋结构扭转刚度较低的特点，在采用等效面积法构造薄壁圆柱梁单元时，单元扭转刚度乘以0.7的系数；而在采用NASTRAN等通用软件建模式，由于材料E、G、υ (弹性模量、剪切模量、泊松比)三个之间的固有关系(G=E/2(l=u))，只能通过增加u降低剪切弹性模量，从而使梁单元扭转刚度的调整受到限制。在长征二号丙火箭中，将火箭的横向模型与扭转模型分开，对不同的结构形式采用不同扭转等效厚度。该处理方法对纵向、横向和扭转模态耦合不严重的串联火箭是可行的，但无法反映捆绑火箭的纵向与扭转、横向与扭转耦合模态。对于蒙皮加筋结构，其纵向构件只承担纵向力，对结构的轴向和弯曲刚度起到加强作用，而对扭转刚度的贡献很小。如果单纯的将蒙皮加筋结构根据截面等效简化成为梁单元，其弯曲刚度或扭转刚度必然有一个与结构实际刚度不一致。
[0004]因此，亟待采用一种蒙皮加筋结构纵横扭一体化动力学分析方法，使其可以解决了传统的通过对梁单元截面属性赋值造成的刚度不一致问题，适用于火箭动特性分析。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种基于梁模型的基础上对蒙皮加筋结构进行分析，准确反映了其拉压刚度、弯曲刚度和扭转刚度，解决了捆绑火箭纵向与横向、纵向与扭转、横向与扭转模态耦合问题，实现了火箭结构纵横扭一体化的动力学分析方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案包括以下步骤:
[0007]步骤一、分别采集蒙皮加筋结构的蒙皮弹性模量Es、蒙皮泊松比V8，桁条弹性模量Eb、桁条泊松比vb，蒙皮壳直径D，蒙皮壳厚度δ ;所采集的桁条共有m类桁条，采集第i类桁条的个数队、截面积Ab1、截面惯性矩Ibi及极惯性矩Jbi，其中i=l，2，…，m ;
[0008]步骤二、根据第一步采集得到的蒙皮壳直径D，蒙皮壳厚度δ，进而获取蒙皮面积A5 ；
[0009]A5=JiD δ ；
[0010]步骤三、根据步骤一采集得到的蒙皮弹性模量Es，桁条弹性模量Eb，第i类桁条的个数Ni和截面积Abi，以及步骤二获取的蒙皮面积As，进而获取蒙皮加筋结构总的拉压刚度Kl;
[0011 ]
【权利要求】
1.一种基于梁模型的蒙皮加筋结构纵横扭一体化动力学分析方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、分别采集蒙皮加筋结构的蒙皮弹性模量Es、蒙皮泊松比V8，桁条弹性模量Eb、桁条泊松比vb，蒙皮壳直径D，蒙皮壳厚度δ ;所采集的桁条共有m类桁条，采集第i类桁条的个数队、截面积Ab1、截面惯性矩Ibi及极惯性矩Ibi，其中i=l，2，…，m ; 步骤二、根据第一步采集得到的蒙皮壳直径D，蒙皮壳厚度δ，进而获取蒙皮面积As ；
【文档编号】G01M99/00GK103575555SQ201210256390
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】潘忠文, 廉永正, 曾耀祥, 董锴, 王旭, 杨树涛, 徐庆红, 王明宇 申请人:北京宇航系统工程研究所, 中国运载火箭技术研究院