基于超梁降阶模型的航箭耦合动力分析与优化方法研究

Dynamic analysis of coupled launch vehicle and spacecraft is an important aspect in its design process, which can provide the internal forces and response for its design. And the theory and application of dynamic model reduction techniques have been an important research topic in the study of dynamic problems of such large-scale and complex structural systems. In this project, the proposed reduced super beam model for complicated beam-type structure is used for dynamic analysis and optimization problems of coupled launch vehicle and spacecraft, using theoretical analysis and numerical simulation methods. Including: an optimization model for model updating based on reduced model is presented to obtain the global optimal model updating results; a new dynamic analysis method of coupled launch vehicle and spacecraft is presented, considering the impact of damping; A reduced model for local dynamic/local nonlinear dynamic analysis is proposed by locally modification of reduce base of the reduced super beam model, which provide support for fast analysis of such problems. The results of this project is of great significance in promoting the development and engineering application of dynamic model reduction techniques and dynamic analysis method of coupled launch vehicle and spacecraft.

通过航箭耦合动力分析获得结构关键截面的内力（航天领域称为载荷计算）和响应是航天器/运载火箭研制过程中的一个重要环节，能够为其结构设计提供依据。在这类大型复杂结构系统的动力分析时，动力模型降阶理论及应用一直是重要的研究课题。在本项目中，拟基于适用于复杂梁式结构模型降阶的超梁降阶模型理论，采用理论分析和数值模拟结合的方法，研究航箭耦合动力分析与优化问题。主要包括以下方面的内容：研究航箭耦合动力学降价模型修正问题，建立模型修正问题的优化模型，采用优化方法获得全局最优的模型修正结果；考虑阻尼的影响，发展新的航箭耦合动力分析方法；探讨超梁降阶模型减缩基局部修改的方法，建立适用于局部动力/局部非线性动力问题求解的航箭耦合动力学降阶模型，为相关问题的快速求解提供理论和技术支持。本项目的研究成果对促进动力学模型降阶理论和航箭耦合动力分析方法的发展及工程应用具有重要意义。

在航天器/运载火箭研制过程中, 航箭耦合动力分析是获得结构关键截面内力和响应的一个重要环节，能够为其结构设计提供依据。对于这类大型复杂结构，利用有限元技术建立的有限元模型通常规模很大，因此基于动力降阶模型研究耦合动力分析及优化具有重要的现实意义。.本项目针对航箭耦合结构，基于超梁降阶模型理论研究其结构动力问题的分析与优化，具体研究内容包括：（1）完善超梁降阶模型理论，研究航箭耦合动力学降价模型修正问题，建立模型修正问题的优化模型，采用优化方法获得最优的模型修正结果；（2）将超梁降阶模型作为计算平台，研究通过对加速度响应数据进行小波分析来求解复杂梁式结构载荷响应的识别方法；（3）研究适用于局部动力/局部非线性动力问题求解的动力学降阶模型，实现相关问题的快速求解。除此之外我们还数值分析翻边开孔尺寸参数对航箭结构中常用薄壁结构动力性能的影响，并结合功能梯度材料，研究航箭结构中常用的圆柱壳结构在不同情况下的动力学行为特性，为处理更复杂的航箭耦合动力问题奠定了基础。在国内外学术期刊和会议发表论文15篇，其中EI检索论文6篇，并参加国际顶级会议一次。.本项目的研究成果对促进动力学模型降阶理论和航箭耦合动力分析方法的发展及工程应用具有重要意义。