某航天產(chǎn)品抗力學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)仿真研究

馬愛軍，石 蒙，閆 利，劉洪英，洪躍鎮(zhèn)，董 睿，彭?yè)P(yáng)林，趙亞雄，劉 磊

（中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心，北京 100094）

1 引言

航天器作為運(yùn)載火箭的有效載荷在發(fā)射、飛行及再入過(guò)程中將不可避免地受到振動(dòng)、沖擊等力學(xué)環(huán)境的作用，這些環(huán)境通過(guò)航天器結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)傳遞，逐級(jí)作用于航天器的系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)及組件級(jí)的結(jié)構(gòu)或儀器設(shè)備上，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，儀器設(shè)備的性能下降，甚至出現(xiàn)故障或失效，因此為提高航天器的安全、可靠性，各類裝船、裝器產(chǎn)品在真正飛行前都要通過(guò)地面模擬力學(xué)環(huán)境的考核。

為使航天產(chǎn)品順利通過(guò)地面力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)的考核，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)合理地考慮產(chǎn)品將經(jīng)受的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，這涉及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)問題，其與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較大區(qū)別，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，可以滿足結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性要求，保證產(chǎn)品工作的安全性和可靠性。

有限元法在航天領(lǐng)域的應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)60年代，隨著有限元理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前有限元法已廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域的各個(gè)方面，王建民等建立了運(yùn)載火箭全箭動(dòng)特性三維有限元模型；劉曉東等使用有限元法對(duì)太陽(yáng)帆板電池進(jìn)行了模態(tài)分析；丁繼鋒等建立了大型復(fù)雜航天器結(jié)構(gòu)的有限元模型并開展了試驗(yàn)驗(yàn)證工作；目前使用有限元法研究航天產(chǎn)品在某種力學(xué)激勵(lì)作用下的文獻(xiàn)較多，如模態(tài)分析、正弦振動(dòng)響應(yīng)分析以及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析等，如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)段就綜合考慮產(chǎn)品將面臨的多種力學(xué)環(huán)境是設(shè)計(jì)師面臨的一個(gè)問題。……