火箭滑车结构强度设计分析
|
摘要
本论文以火箭滑车结构强度和安全性设计为背景,开展滑车的强度和安全性方面的分析,目的在于解决火箭滑车结构强度设计方法的问题。
论文首先对火箭滑车运动中的受力情况进行了分析,通过建立弹道力学运动方程,给出了火箭滑车在发动机的推力下的运动计算方法,计算了滑车运行的最大速度和加速度。然后根据静态力学分析方法,建立了火箭滑车的物理平衡方程,推导出了火箭滑车的支反力计算公式,并计算出了它所承受的最大支反力。再运用SolidWorks软件建立了火箭滑车结构的实体模型,之后导入ANSYS软件中对其进行了数值模拟,得到了火箭滑车的应力云图、变形量及安全系数等,通过分析表明火箭滑车的结构合理,强度满足使用要求。最后再对火箭滑车进行了模态分析,得到了火箭滑车的固有频率及振型,结果说明单轨滑车在短暂的运行时间内不会因为共振现象而引起失效。
总之,本论文的强度数值分析为火箭滑车结构的设计有一定的参考和实用价值。
This thesis bases on theory of the strength and security of rocket sled. It aims at finding out problems in intense designing of rocket sled and trying to seek the proper approach.
Firstly, the thesis focuses on the analysis and brief calculation of the force of the moving monorail rocket sled. The results indicate that rocket sled can achieve the required speed under this circumstance. Secondly, the author sets statics mathematical model of rocket sled, and calculates its greatest counterforce by the application of the formula. What's more, the author sets structure model of rocket sled by using Microsoft SolidWorks, then under the assistance of Microsoft ANSYS, the author conducts numerical simulation and gets stress nephogram、deformation and safety factors, by which the reasonable structural designing is achieved. Finally, the thesis briefly makes the simulation analysis and clarifies the modes of vibration and frequency of rocket sled. The finding proves that monorail rocket sled would not fail to work because of resonances in a short time.
To a certain extent, this thesis provides technical support for the structural designing of rocket sled; meanwhile, it can also be of practical value to other related structural designing of rocket sled.
论文首先对火箭滑车运动中的受力情况进行了分析,通过建立弹道力学运动方程,给出了火箭滑车在发动机的推力下的运动计算方法,计算了滑车运行的最大速度和加速度。然后根据静态力学分析方法,建立了火箭滑车的物理平衡方程,推导出了火箭滑车的支反力计算公式,并计算出了它所承受的最大支反力。再运用SolidWorks软件建立了火箭滑车结构的实体模型,之后导入ANSYS软件中对其进行了数值模拟,得到了火箭滑车的应力云图、变形量及安全系数等,通过分析表明火箭滑车的结构合理,强度满足使用要求。最后再对火箭滑车进行了模态分析,得到了火箭滑车的固有频率及振型,结果说明单轨滑车在短暂的运行时间内不会因为共振现象而引起失效。
总之,本论文的强度数值分析为火箭滑车结构的设计有一定的参考和实用价值。
This thesis bases on theory of the strength and security of rocket sled. It aims at finding out problems in intense designing of rocket sled and trying to seek the proper approach.
Firstly, the thesis focuses on the analysis and brief calculation of the force of the moving monorail rocket sled. The results indicate that rocket sled can achieve the required speed under this circumstance. Secondly, the author sets statics mathematical model of rocket sled, and calculates its greatest counterforce by the application of the formula. What's more, the author sets structure model of rocket sled by using Microsoft SolidWorks, then under the assistance of Microsoft ANSYS, the author conducts numerical simulation and gets stress nephogram、deformation and safety factors, by which the reasonable structural designing is achieved. Finally, the thesis briefly makes the simulation analysis and clarifies the modes of vibration and frequency of rocket sled. The finding proves that monorail rocket sled would not fail to work because of resonances in a short time.
To a certain extent, this thesis provides technical support for the structural designing of rocket sled; meanwhile, it can also be of practical value to other related structural designing of rocket sled.
引文
[1]周真学,周绍慧编译.国外火箭滑车图册北京.国防工业出版社,1979
[2]William B Scott. Defense T & E focuses on Consolidation. AW&ST,1994:46-55
[3]Hooser, Michael. The Holloman High Speed Test Track Gone Soft.22nd AIAA Aerodynamic Measurement & Ground Test Conference. AIAA 2002-3035,2002
[4]原丽萍,徐忠信.印度的弹道学研究.弹箭技术.1996(4)：45-49
[5]杨兴邦.XB高精度火箭橇试验滑轨.中国工程科学,2002,2(10)：98-104
[6]韩振江,张建平051基地火箭滑车轨道设计要点分析.中国铁路,2004(11)：31-32
[7]陈捷.怎样保证强度.中国建筑工业出版社,1982：7-21
[8]徐积善.强度理论及其应用.水利水电出版社,1984：13-58
[9]Courant R. Variational Methods for the Solution of Problems of Equilibrium and Vibration. Bulletin of the American Mathematical Society,1943 (49):1-23
[10]Turner MJ, Clough R.W, Martin H.C, Top L.J. Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures. Journals of Aerospace Science,1956 (23):805-823
[11]Clough R.W. The Finite Element in Plane Stress Analysis. Proceedings of the Second ASCE Conference on Electronic Computation. Pittsburgh,1960
[12]Marcal P.V note on the elastic-plastic thick cylinder with internal pressure in the open and closed—end condition. International Journal of Mechanical Sciences,1967(12): 841-845
[13]Yamada Y.V, Yoshimura N, Sakurai T. Plastic Stress—strain Matrix and its Application for Solution of the Elastic—plastic Problem by the Finite Element Method. International Journal of Mechanical Sciences.1968(5):343—354
[14]Hibbitt H.D, Marcal P.V, Rice J.R. A Finite Element Formulation for Problems of Large Strain and Large Displacement. International Journal of Solids and Structures, 1970
[15]Kobayashi S. New solution to rigid plastic deformation problems using a matrix method. Journal of Engineering for Industry. ASME,1973
[16]Oden J.T, Bhandari D.R, Yagawa G et all. A new approach to the finite element formulation and solution of a class of problems in coupled thermo-elastoviscoplasticity of solids. Nuclear Engineering and Design,1973:420-430
[17]Mcmeking R.M, Rice R. Finite dement formulation for problems of large elastic-plastic deformation. International Journal of Solids and Structures,1975:601-616
[18]Gupta K. On a finite dynamic element method for free vibration analysis of structures. Comp. Meth. App 1,1976
[19]Zienkiewicz O.C, Onate E, Heinrich J.C. Plastic flow in metal forming(Ⅰ). Coupled thermal(Ⅱ). ASME, AMD,1978.
[20]Owen D.R.J, Hinton E. Finite element in plasticity. Pinerige Press Limited,1980
[21]王光林.固体火箭发动机设计.西北工业大学出版社,1994：48-92
[22]董师颜,张兆良.固体火箭发动机原理.北京理工大学出版社,1996：162-184
[23]关英姿.火箭发动机教程.哈尔滨工业大学出版社,2005：78-110
[24]挥起麟.实验空气动力学.北京：国防工业出版社,1991
[25]王南炎,沈仲书.弹丸空气动力学.南京：华东工程学院出版社,1980
[26]徐华舫.空气动力学基础.北京：北京航空学院出版社,1997
[27]钱翼稷.空气动力学.北京航空航天大学出版社,2004：136-179
[28]苗瑞生,屈贤铭,吴甲生.导弹空气动力学.国防工业出版社,2005
[29]邹伟红.火箭滑橇空气动力的数值模拟.南京理工大学硕士学位论文,2008
[30]赵继波,赵峰.火箭橇加载试验技术研究.爆炸与冲击学报,2007,27(6)：1-2
[31]刘坤,吴磊.有限元方法精解.国防工业出版社,2005：191-235
[32]曹锋.Solidworks 2007中文版,从入门到精通.人民邮电出版社,2008：27-77
[33]王助成,邵敏编,有限单元法基本原理和数值方法.清华大学出版社,1997：3-59
[34]李兵,何正嘉,陈雪峰.ANSYS Workbench设计、仿真与优化.北京：清华大学出版社,2008
[35]郝文化.ANSYS7.0实例分析与应用.清华大学出版社,2004.8
[35]赵庆彬.火箭滑橇水刹车机构高速入水数值分析.南京理工大学硕士论文,2009
[36]江见鲸.有限元法及其应用.机械工业出版社,2006：3-19
[37]吴秀娟.轮式作业机井架和车架强度计算和分析.兰州理工大学硕士学位论文,2005
[38]杨兴邦,XB火箭橇试验滑轨的直线度评估.航空精密制造技术,1995,27(5)：25-29
[39]Multiple. High Speed Body Motion in Water. Advisory Group for Aerospace Research and Development Report,1997,827:29-1-29-5
[40]边弘晔,李鹤,闻邦椿.HyperMesh有限元前处理关键技术研究.机床与液压,2008,36(4)：1-4
[41]韩振江,张建平.051基地火箭滑车轨道设计要点分析.中国铁路,2004(11)：1-2
[42]李维锁.中外钢铁材料力学性能速查手册.机械工业出版社,2006：92-113
[43]廖明成.工程力学.北京：中国电力出版社,2009：68-142
[44]Gurner T R. Fatigue of welded structures. Combridge university press,1979
[45]陈厚嫦.200km／h电动车组动力转向架构架强度计算与分析.铁道机车车辆,2000
(3)：1-3
[46]徐芝纶.弹性力学简明教程.北京：高等教育出版社,2001
[47]博嘉科技编.有限元分析软件-ANSYS融会与贯通.北京：中国水利水电出版社,2002
[48]吕烈武,沈世钊,沈祖炎,胡学仁编.钢结构构件稳定理论.中国建筑工业出版社,1983：8-56
[49]王澜.轨道结构随机振动理论及其在轨道结构减振中的应用.北京：铁道部科学研究院博士学位论文,1988
[50]许昭鑫.随机振动.北京；高等教育出版社,1990
[51]王成国,孟广伟等.新型高速客车构架的疲劳寿命数值仿真分析.中国铁道科学,2001,22(3)：1-5
[52]傅茂海,李莆,于明等.160km／h高速货车转向架方案及其动力学性能分析.铁道车辆,2003,41(11)：3-7
[53]刘桂军.转K3型转向架构架强度分析.铁道车辆,2003,41(5)：3-5
[54]刘炼生,黄克累.一种用于非线性振动系统的模态分析方法.力学学报,1998,20(1)：41-48
[55]刘济科,赵令城,方同.非线性系统模态分叉与模态局部化现象.力学学报,1995,27(5)：614-617
[56]杨涛,李光攀,过学迅.基于ANSYS的专用车车架模态分析.武汉理工大学汽车工程学院硕士论文,2008
[57]王华,孔风.高速客车车体钢结构模态分析探讨.郑州铁路职业技术学院学报,2006(4)：2-4
[58]耿博.概念车身框架结构参数化建模及模态分析研究.吉林大学硕士学位论文,2007
[59]张志华.动车组铝合金车体结构强度分析.北京交通大学硕士学位论文,2005
[60]刘均.高速货车转向架结构设计及构架强度分析.重庆大学硕士学位论文,2006
[61]张锋伟,兰驼.7Y950农用动力三轮车车架动静态有限元分析.兰州铁道学院硕士论文,2003
[62]UIC510-3. Strength testing of 2 and 3-axle bogies on test rig
[63]陈厚嫦.200km／h电动车组动力转向架构架强度计算与分析.铁道机车车辆,2000(3)：1-5
[64]鲁寨军,田红旗,周丹.270km／h高速动车模态分析.中国铁道科学,2005(6)：1-3
[65]王贺鹏.车体自振频率的研究.大连交通大学硕士论文,2004
[66]李卫民,杨红义.ANSYS工程结构实用案例分析.化学工业出版社,2007：221-230
[67]杨涛.基于ANSYS的专用车车架模态分析.武汉理工大学硕士学位论文,2008
[2]William B Scott. Defense T & E focuses on Consolidation. AW&ST,1994:46-55
[3]Hooser, Michael. The Holloman High Speed Test Track Gone Soft.22nd AIAA Aerodynamic Measurement & Ground Test Conference. AIAA 2002-3035,2002
[4]原丽萍,徐忠信.印度的弹道学研究.弹箭技术.1996(4)：45-49
[5]杨兴邦.XB高精度火箭橇试验滑轨.中国工程科学,2002,2(10)：98-104
[6]韩振江,张建平051基地火箭滑车轨道设计要点分析.中国铁路,2004(11)：31-32
[7]陈捷.怎样保证强度.中国建筑工业出版社,1982：7-21
[8]徐积善.强度理论及其应用.水利水电出版社,1984：13-58
[9]Courant R. Variational Methods for the Solution of Problems of Equilibrium and Vibration. Bulletin of the American Mathematical Society,1943 (49):1-23
[10]Turner MJ, Clough R.W, Martin H.C, Top L.J. Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures. Journals of Aerospace Science,1956 (23):805-823
[11]Clough R.W. The Finite Element in Plane Stress Analysis. Proceedings of the Second ASCE Conference on Electronic Computation. Pittsburgh,1960
[12]Marcal P.V note on the elastic-plastic thick cylinder with internal pressure in the open and closed—end condition. International Journal of Mechanical Sciences,1967(12): 841-845
[13]Yamada Y.V, Yoshimura N, Sakurai T. Plastic Stress—strain Matrix and its Application for Solution of the Elastic—plastic Problem by the Finite Element Method. International Journal of Mechanical Sciences.1968(5):343—354
[14]Hibbitt H.D, Marcal P.V, Rice J.R. A Finite Element Formulation for Problems of Large Strain and Large Displacement. International Journal of Solids and Structures, 1970
[15]Kobayashi S. New solution to rigid plastic deformation problems using a matrix method. Journal of Engineering for Industry. ASME,1973
[16]Oden J.T, Bhandari D.R, Yagawa G et all. A new approach to the finite element formulation and solution of a class of problems in coupled thermo-elastoviscoplasticity of solids. Nuclear Engineering and Design,1973:420-430
[17]Mcmeking R.M, Rice R. Finite dement formulation for problems of large elastic-plastic deformation. International Journal of Solids and Structures,1975:601-616
[18]Gupta K. On a finite dynamic element method for free vibration analysis of structures. Comp. Meth. App 1,1976
[19]Zienkiewicz O.C, Onate E, Heinrich J.C. Plastic flow in metal forming(Ⅰ). Coupled thermal(Ⅱ). ASME, AMD,1978.
[20]Owen D.R.J, Hinton E. Finite element in plasticity. Pinerige Press Limited,1980
[21]王光林.固体火箭发动机设计.西北工业大学出版社,1994：48-92
[22]董师颜,张兆良.固体火箭发动机原理.北京理工大学出版社,1996：162-184
[23]关英姿.火箭发动机教程.哈尔滨工业大学出版社,2005：78-110
[24]挥起麟.实验空气动力学.北京：国防工业出版社,1991
[25]王南炎,沈仲书.弹丸空气动力学.南京：华东工程学院出版社,1980
[26]徐华舫.空气动力学基础.北京：北京航空学院出版社,1997
[27]钱翼稷.空气动力学.北京航空航天大学出版社,2004：136-179
[28]苗瑞生,屈贤铭,吴甲生.导弹空气动力学.国防工业出版社,2005
[29]邹伟红.火箭滑橇空气动力的数值模拟.南京理工大学硕士学位论文,2008
[30]赵继波,赵峰.火箭橇加载试验技术研究.爆炸与冲击学报,2007,27(6)：1-2
[31]刘坤,吴磊.有限元方法精解.国防工业出版社,2005：191-235
[32]曹锋.Solidworks 2007中文版,从入门到精通.人民邮电出版社,2008：27-77
[33]王助成,邵敏编,有限单元法基本原理和数值方法.清华大学出版社,1997：3-59
[34]李兵,何正嘉,陈雪峰.ANSYS Workbench设计、仿真与优化.北京：清华大学出版社,2008
[35]郝文化.ANSYS7.0实例分析与应用.清华大学出版社,2004.8
[35]赵庆彬.火箭滑橇水刹车机构高速入水数值分析.南京理工大学硕士论文,2009
[36]江见鲸.有限元法及其应用.机械工业出版社,2006：3-19
[37]吴秀娟.轮式作业机井架和车架强度计算和分析.兰州理工大学硕士学位论文,2005
[38]杨兴邦,XB火箭橇试验滑轨的直线度评估.航空精密制造技术,1995,27(5)：25-29
[39]Multiple. High Speed Body Motion in Water. Advisory Group for Aerospace Research and Development Report,1997,827:29-1-29-5
[40]边弘晔,李鹤,闻邦椿.HyperMesh有限元前处理关键技术研究.机床与液压,2008,36(4)：1-4
[41]韩振江,张建平.051基地火箭滑车轨道设计要点分析.中国铁路,2004(11)：1-2
[42]李维锁.中外钢铁材料力学性能速查手册.机械工业出版社,2006：92-113
[43]廖明成.工程力学.北京：中国电力出版社,2009：68-142
[44]Gurner T R. Fatigue of welded structures. Combridge university press,1979
[45]陈厚嫦.200km／h电动车组动力转向架构架强度计算与分析.铁道机车车辆,2000
(3)：1-3
[46]徐芝纶.弹性力学简明教程.北京：高等教育出版社,2001
[47]博嘉科技编.有限元分析软件-ANSYS融会与贯通.北京：中国水利水电出版社,2002
[48]吕烈武,沈世钊,沈祖炎,胡学仁编.钢结构构件稳定理论.中国建筑工业出版社,1983：8-56
[49]王澜.轨道结构随机振动理论及其在轨道结构减振中的应用.北京：铁道部科学研究院博士学位论文,1988
[50]许昭鑫.随机振动.北京；高等教育出版社,1990
[51]王成国,孟广伟等.新型高速客车构架的疲劳寿命数值仿真分析.中国铁道科学,2001,22(3)：1-5
[52]傅茂海,李莆,于明等.160km／h高速货车转向架方案及其动力学性能分析.铁道车辆,2003,41(11)：3-7
[53]刘桂军.转K3型转向架构架强度分析.铁道车辆,2003,41(5)：3-5
[54]刘炼生,黄克累.一种用于非线性振动系统的模态分析方法.力学学报,1998,20(1)：41-48
[55]刘济科,赵令城,方同.非线性系统模态分叉与模态局部化现象.力学学报,1995,27(5)：614-617
[56]杨涛,李光攀,过学迅.基于ANSYS的专用车车架模态分析.武汉理工大学汽车工程学院硕士论文,2008
[57]王华,孔风.高速客车车体钢结构模态分析探讨.郑州铁路职业技术学院学报,2006(4)：2-4
[58]耿博.概念车身框架结构参数化建模及模态分析研究.吉林大学硕士学位论文,2007
[59]张志华.动车组铝合金车体结构强度分析.北京交通大学硕士学位论文,2005
[60]刘均.高速货车转向架结构设计及构架强度分析.重庆大学硕士学位论文,2006
[61]张锋伟,兰驼.7Y950农用动力三轮车车架动静态有限元分析.兰州铁道学院硕士论文,2003
[62]UIC510-3. Strength testing of 2 and 3-axle bogies on test rig
[63]陈厚嫦.200km／h电动车组动力转向架构架强度计算与分析.铁道机车车辆,2000(3)：1-5
[64]鲁寨军,田红旗,周丹.270km／h高速动车模态分析.中国铁道科学,2005(6)：1-3
[65]王贺鹏.车体自振频率的研究.大连交通大学硕士论文,2004
[66]李卫民,杨红义.ANSYS工程结构实用案例分析.化学工业出版社,2007：221-230
[67]杨涛.基于ANSYS的专用车车架模态分析.武汉理工大学硕士学位论文,2008