低温贮箱新型绝热支撑结构随机振动模拟分析.pdf

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1、第２１卷第３期真空与低温２０１５年５月Ｖａｃｕｕｍ＆Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ１８１低温贮箱新型绝热支撑结构随机振动模拟分析史文忠，王丽红，王小军（兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，甘肃兰州７３００００）摘要：航天器在火箭发射过程中会经历严酷的随机振动环境，支撑结构作为航天器的关键承载部件，其强度和刚度能否满足要求显得十分重要。运用有限元分析软件ａｎｓｙｓ对低温贮箱的绝热支撑结构进行了随机振动的模拟分析，得出了支撑结构在随机激励载荷作用下的响应，响应结果表明

2、，支撑结构的强度和刚度满足使用要求。。关键词：绝热支撑；随机振动；有限元；模拟分析中图分类号：Ｏ３１１．２文献标志码：Ａ文章编号：１００６７０８６（２０１５）０３０１８６０５ＤＩＯ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６７０８６．２０１５．０３．０１３ＲＡＮＤＯＭＶＩＢＲＡＴＩＯＮＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＮＯＶＥＬＡＤＩＡＢＡＴＩＣＳＴＲＵＴＯＦＣＲＹＯＧＥＮＩＣＴＡＮＫＳＨＩＷｅｎｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＬｉｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｏｊｕｎ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＶａｃｕｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＰｈｙｓ

3、ｉｃｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｅｖｅｒｅｒａｎｄｏｍｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｔｈｅｒｏｃｋｅｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｌａｕｎｃｈ，ａｓｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｏｃｋｅｔ，ｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｓｔｒｕｔｓａｒｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｍａｄｅｔｏｔｈｅｓｔｒｕｔｓ’ｒａｎｄｏｍｖｉｂｒａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅ

4、ｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｓｙｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｕｔｓｗｅｒｅｅｎｏｕｇｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｄｉａｂａｔｉｃｓｔｒｕｔ；ｒａｎｄｏｍｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．的随机振动的响应进行分析和研究是十分必要的。０引言由于受试验成本或条件的限制，在试验之前有必要航天器在发射阶段会经历噪声、正弦振动、随机先通过有限元分析方法对支撑结构进行随机振动模振动、冲击等一系列复杂和严酷的力学环境，这些环拟分析。这有助于

5、缩短研制周期、降低研制成本；并境是诱发航天器故障的重要原因。而在所有的力学且能够验证结构能否满足力学条件以及发现结构设环境中，由于火箭发动机推力不稳定产生的脉动推计中存在的不足，进而为结构的进一步优化提供依力、跨声速气动噪声以及稳流边界层噪声等综合作据。用引起的随机振动环境是对航天器设备影响最为严本文利用有限元分析软件Ａｎｓｙｓ对低温贮箱的重的力学环境之一，是航天器结构强度设计需要重新型绝热支撑结构进行随机振动的模拟分析，得出［１］点考虑的因素。振动引起的激励会通过运载火了支撑结构在给定的随机载荷激励谱下的位移与应箭与航天器的连接器，逐级传递到其它的各级系统

6、力分布及加速度响应，并对结果进行了分析。和组件结构上，有可能引起各结构损坏和失效。１有限元模型低温贮箱是航天器的关键零部件之一，当火箭发射时其会受到强烈的冲击与振动。作为重要的承低温贮箱的新型绝热支撑结构是一种通过改变载部件，低温贮箱支撑结构的强度和刚度能否满足热、力的传递路径来有效解决传统支撑结构传热与要求对整个航天器显得十分重要。因此对支撑结构受力矛盾的一种杆支撑，主要用于降低低温贮箱在收稿日期：２０１５０２０３作者简介：史文忠（１９８９－），男，内蒙古人，硕士研究生，主要从事空间制冷与低温技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉｗｅｎｚｈｏｎｇ１９８９

7、＠１６３．ｃｏｍ。１８２真空与低温第２１卷第３期图１新型绝热支撑结构图轨阶段的热量传递，以尽可能的延长低温液体在轨分离，热量沿着冷端轴承杆—冷端接触杆—在轨贮存时间。支撑的结构如图１所示。管—调节衬套—冷端主体—发射管—热端主体—长在地面与发射阶段，支撑主要承受较大的力载度调节杆—热端轴承杆的路径传递，传热路径及热荷；而在轨阶段，支撑不再受外力作用，主要承受热阻较地面与发射阶段大大增加，因此能有效降低低载荷。其工作原理为：由于冷端接触杆与接触螺母温贮箱通过支撑的热量

8、传递。支撑结构各元件的材及冷端主体之间存在着微小的间