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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
有限元分析和模态试验是认识火箭动力学特性的重要手段。为满足高强度、高刚度和轻质化的要求，在火箭结构中广泛使用了蒙皮加筋、蜂窝夹层等结构，而如何在有限元模型中正确反映这些结构纵向、横向、扭转的特性差异，实现火箭一体化建模是结构动力学关注的重要方向之一。简单的薄壁圆柱壳模型难以同时正确模拟蒙皮加筋结构、蜂窝夹层结构、锥壳结构、杆系结构的拉压刚度、弯曲刚度和扭转刚度，集中质量方法无法模拟液体推进剂在纵向、横向和扭转特性中的不同作用。本文重点研究了蒙皮加筋、蜂窝夹层等火箭典型结构的有限元建模方法，及占全箭起飞重量90%的液体推进剂的动力学模拟方法，提出适应火箭结构动力学特性分析的梁-壳模型和三维模型建模方法，为分析纵横扭模态严重耦合的捆绑火箭动力学特性及相关动力学分析奠定基础。本文主要研究内容与成果如下： 1) 通过对蒙皮加筋结构中桁条、横框的拉压刚度、弯曲刚度和扭转刚度分析，系统研究了面积等效、惯性矩等效、梁壳等效、变厚度壳等效方法对蒙皮加筋等结构刚度的影响，同时分析了其中的面积等效、惯性矩等效、变厚度壳等效方法导致蒙皮加筋圆筒结构扭转刚度放大的原因。 2) 通过比较，提出了适应蒙皮加筋结构、网格加筋结构、蜂窝夹层结构、杆系结构的运载火箭结构的两种动力学模型，一种是以等效梁模型为主、局部结构采用壳模型（如锥壳结构、仪器舱等局部振型和振型斜率有特殊要求的敏感元件安装舱段）的梁-壳模型，另一种是以壳单元为主、杆系结构采用梁单元的三维有限元模型。 3) 基于结构动力学基本方程，推导了适用于梁模型的能够反映液体推进剂纵向、横向、扭转不同作用的推进剂耦合质量矩阵。研究了集中质量和耦合质量液体推进剂模拟方法对串联火箭和捆绑火箭纵向、横向、扭转模态的影响。耦合质量方法是对集中质量方法的改进，反映无粘性推进剂质量在纵向、横向和扭转特性中的不同作用，解决了火箭纵横扭一体化模型中推进剂质量处理的难题，为火箭纵向与横向、纵向与扭转耦合题目研究奠定了基础。 4) 研究了预应力状态下杆、板、圆柱壳等结构的动力学行为，详细讨论了轴向压力、径向压力对圆柱壳整体和局部结构动特性影响，揭示了预应力对圆柱壳结构整体纵向、横向、扭转频率影响很小而对局部呼吸模态影响较大的机理。通过不同增压压力下，单个贮箱和全箭模态试验验证了分析的正确性，为梁-壳模型不考虑增压压力影响提供了理论和技术支撑。 5) 采用三维建模方法（蒙皮采用四边形壳单元、桁条等纵向构件采用梁单元），建立某串联火箭的壳-梁模型。该模型中仪器舱、箱间段、级间段、后过渡段、尾段等蒙皮加筋结构采用壳-梁三维模型，整流罩、贮箱采用等效梁模型。通过与试验结果进行比较，验证了蒙皮加筋结构建模方法的正确性。通过速率陀螺安装位置局部结构三维模型，揭示了振型和振型斜率沿圆周方向的变化规律，以及局部刚度变化对速率陀螺安装位置局部振型和振型斜率的影响。 |
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发表于 2022-8-6 17:30:16
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