Расчетно-экспериментальный метод создания динамических моделей ракетно-космических конструкций

• Автор: Клейменов, Геннадий Борисович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Особенности разработки и идентификации динамических моделей элементов ракетно-космической техники
1.1. Нагрузки и механические колебания
ракетно-космических конструкций
1.2. Динамические модели объектов ракетно-космической техники
1.3. Методы идентификации динамических моделей
1.4. Эффективность испытаний объектов
ракетно-космической техники
1.5. Цель и задачи работы
Глава 2. Метод разработки и идентификации динамических моделей ракетно-космических конструкций
2.1. Оценка частотных диапазонов применимости конечно-элементных схем для идентификации динамических моделей
2.2. Метод идентификации диссипативных характеристик конструкции при вибрационных испытаниях
2.3. Методика уточнения жесткостных характеристик расчетных моделей с использованием коэффициентов влияния
2.4. Методика идентификации жесткостных характеристик
стыковых соединений
2.5. Методика конденсирования разноуровневых динамических моделей и синтезирования подсистем,
входящих в испытываемый объект
2.6. Выводы
Глава 3. Методики проведения и обработки результатов динамических испытаний
3.1. Оборудование и метрологическое обеспечение испытаний
3.2. Принципы формирования вибропрочностных режимов
и определения уровня ночингов
3.3. Методика объединения подмножеств временных процессов и АЧХ по перегрузкам в одну общую выборку при повторных экспериментах
3.4. Выводы
Гиава 4. Разработка предиспытательной динамической
модели изделия
4.1. Анализ исходных данных по механическим характеристикам подсистем сборки. Формирование конечно-элементных моделей подсистем и сборки
4.2. Разработка предыспытательной динамической модели оснастки испытательного стенда
4.3. Синтез динамических моделей сборки и стенда
4.4. Расчет нагружения сборки в составе стенда
для режима частотных испытаний
4.5. Выводы
Глава 5. Верификация динамической модели хвостового отсека универсального модуля ракеты-носителя на основе результатов вибрационных испытаний
5.1. Методика проведения виброиспытаний
и схема расположения датчиков
5.2. Анализ результатов вибрационных измерений
для идентификации параметров динамической модели
5.3. Структурные доработки конечно-элементной модели изделия и оснастки стенда по результатам виброиспытаний
5.4. Верификация динамической модели хвостового отсека
5.5. Выводы
Основные результаты и выводы
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Эксплуатационные нагрузки, от которых в значительной мере зависит массовое совершенство ракет-носителей и космической техники, для вновь создаваемых изделий определяются расчетным путем. При этом наибольшее количество проблем и сложностей возникает при определении динамических нагрузок, связанных с переходными процессами и знакопеременными внешними воздействиями — включении и выключении двигателей, разделении ступеней и блоков, пульсациях донного давления и тяги, акустических и вибрационных возмущениях. Решение указанных проблем требует тщательного исследования динамических свойств объекта, как упругой системы.
Надежность определения этих свойств в основном зависит от степени совершенства динамических моделей исследуемых изделий. В последнее десятилетие в связи с интенсивным развитием вычислительной техники существенно расширились расчетные возможности по созданию детализированных конечно-элементных динамических моделей.
Однако верификацию моделей, подтверждение их кондиционности можно осуществить только по результатам экспериментов проводимых в наземных условиях.
Так как проведение динамических испытаний ракет-носителей в сборе является дорогостоящей и трудно осуществимой технической задачей, то наиболее реальным и технически осуществимым путем подтверждения кондиционности расчетных моделей является проведение верификационных и идентификационных исследований при динамических испытаниях отдельных элементов (сборок) изделий.
В связи с необходимостью ускорения процесса создания ракетно-космической техники, повышения ее эксплуатационной надежности, является актуальным разработка эффективного расчетно-экспериментального метода создания динамических моделей элементов ракетно-космической техники.
Цель работы. Разработка расчетно-экспериментального метода создания динамических моделей элементов ракетно-космической техники,

малой инерционности, высокой пропускной способности алгоритма управления. Автором была разработана математическая модель взаимовлияния объекта и стенда, которая позволила установить, что наиболее существенным результатом такого взаимодействия является наведенный резонанс, смещенный относительно истинного в сторону низких частот. Для ряда сложных объектов получены приближенные решения, позволяющие количественно оценить величину смещения наблюдаемого резонанса относительно истинного. Также разработан алгоритм управления стендовыми испытаниями с гибкой обратной связью, позволяющий обеспечить заданный уровень нагружения объекта и требуемую относительную погрешность устойчивого управления испытаниями.
Одной из важных задач является обоснование режимов вибрационных испытаний элементов РКТ, для этого необходимо располагать информацией о статической и циклической прочности элементов конструкций, которая в свою очередь определяется расчетным путем.
Одной из главных задач экспериментальных исследований является обоснование допустимости режимов для проведения вибропрочностных и частотных испытаний изделия. Для решения этой задачи необходимо сформулированы принципы, на которых базируется формирование режимов вибропрочностных и частотных испытаний вновь создаваемых изделий.
Кроме этого необходимо учитывать характеристики оснастки стенда, используемые для передачи нагрузок на испытуемый объект, что может быть сделано с использованием предиспытательной модели конструкции, включающей оснастку стенда.
Необходимо также учитывать, что количество идентифицируемых жесткостных параметров конечно-элементной модели, как правило, на два и боле порядков больше количества замеряемых параметров в процессе вибрационных испытаний. Дефицит измерительных каналов усложняет задачу идентификации параметров динамической модели и существенно увеличивает степень ее неопределенности. На практике проводятся повторные испытания при различных уровнях напряжений. Связи с этим является актуальным разработка способа объединения подмножеств временных процессов и АЧХ по перегрузкам, получаемых при повторных экспериментах в одну общую выборку.