声振环境下航天器结构应力时程分析

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1、第23卷第5期载人航天Vol.23No.52017年10月MannedSpaceflightOct.2017声振环境下航天器结构应力时程分析游进，赖松柏，方杰（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094）摘要：航天器发射段严酷的声振环境可能造成薄壁结构上产生一定的裂纹损伤，评估这种裂纹损伤的重要前提是获得结构最大应力的时间历程。针对该问题提出一种航天器结构声振环境下应力时程分析方法。首先基于统计能量分析得到薄壁构件空间平均弯曲应力功率谱，然后基于应力翻倍原则考虑边界条件对应力集中的影响，获得薄壁构件上最大应力的功率谱，最后用随机相位正弦波叠加的方式对最大应力的时间历程进行模拟。

2、针对某载人航天器，采用该方法计算其在发射主动段声振环境下的结构响应，分析其响应特性，得到了密封舱薄壁球底上法兰盘附近最大弯曲应力的时程，并采用雨流计数法对其循环计数特性进行了分析。研究结果可为航天器薄壁结构裂纹损伤评估提供参考。关键词：统计能量分析；声振响应；应力；时间历程中图分类号：V423.7文献标识码：A文章编号：1674-5825（2017）05-0614-05AnalysisofTimeHistoryofStressonSpacecraftStructureinVibro-acousticEnvironmentYOUJin，LAISongbai，FANGJie（Institu

3、teofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China）Abstract：Theseverevibro-acousticenvironmentduringlaunchmaycausecrackdamagetothin-walledstructuresofaspacecraft，andtheprerequisiteofevaluatingsuchstructuredamageisthetimehistoryofthemaximumstressonthestructure.Anap

4、proachanalyzingthetimehistoryofthespace-craftstructureundervibro-acousticloadwaspresented.First，basedonstatisticalenergyanalysis，thepowerspectrumofthespatiallyaveragedflexuralstressofthin-walledstructurewasobtained.Then，thestressconcentrationduetoboundaryconditionswasaccountedforbyusingtheStress

5、Dou-blingRule.Lastly，therandomtimehistoryofthemaximumstresswassimulatedthroughthesuper-positionofaseriesofsinusoidalwaveswithrandomphasesandamplitudesderivedfromthespectrumpreviouslyobtained.Theapproachwasappliedtoamannedspacecraftsubjecttovibro-acousticloadduringlaunch，thetimehistoryofthemaximu

6、mstressnearflangesonthehabitablemodule＇ssphericaldome，wasobtained.Theapproachproposedoffersabasisforthecrackdamageevaluationofthin-walledstructuresofspacecraft.Keywords：statisticalenergyanalysis；vibro-acousticresponse；stress；timehistory动段的声振环境引起的构件振动易使它们产生一1引言定的裂纹损伤，从而影响结构密封性能甚至导致［3］航天器在发射主动段会经历

7、复杂严酷的声振结构破坏失效，或给其长期在轨服役带来安全［1-2］环境，航天器一般采用大量薄壁构件，如载人隐患，因此评估航天器结构在恶劣声振环境下的密封舱主结构金属蒙皮厚度仅2～3mm，发射主裂纹损伤，从而通过结构设计加以控制尤为重要。收稿日期：2016-12-19；修回日期：2017-08-14基金项目：国家重大科技专项（040103）第一作者：游进，男，博士，高级工程师，研究方向为载人航天器总体设计及结构动力学。E-mail：youjin10