了得網工業技術_航天發射場數值分析技術研究與應用

內容簡介

《航天發射場數值分析技術研究與應用》是國內第1本全面繫統介紹航天發射場數值分析技術研究與應用的專著。全書從基本原理、應用方法、典型案例三個方面介紹了結構動力學、計算流體力學、多剛體繫統動力學在航天發射場非標機械設備、加注設備、空調設備等專業的典型應用和取得的效果。全書共分為6章，第1章是總論，描述了航天發射場設施設備的組成、特點和未來發展趨勢，介紹了數值仿真技術的理論以及在發射場中的應用體繫；第2、3章分別介紹了結構動力學的基本原理分析方法，進而以發射場電纜擺杆結構優化設計與評估以及回轉平臺結構動力特性評估與優化為背景，重點進行了結構動力學方法分析方法在發射場典型案例中的應用分析；第4、5章分別介紹了流體與傳熱的基本原理和CFD分析基本方法，進而以發射場推進劑升降溫繫統能力評估與優化以及低溫推進劑加注過程中的間歇泉效應分析為背景，重點進行了CFD分析方法在發射場典型案例中的應用分析；第6章介紹了多剛體繫統動力學的基本原理，重點分析了多剛體動力學方法在發射場脫落電連接器動力學分析中的應用。

第1章總論
1.1 航天發射場設施設備組成
1.2 航天發射場設施設備特點
1.3 航天發射場未來發展趨勢
1.3.1 航天發射場現狀
1.3.2 航天發射場發展趨勢
1.4 數值仿真技術理論與發展趨勢
1.4.1 數值分析技術的基礎理論
1.4.2 國內外研究現狀及發展趨勢
1.5 航天發射場數值仿真技術體繫
1.5.1 總體思路
1.5.2 體繫組成
第2章結構分析基本原理
2.1 基本概念和原理
2.1.1 一些基本概念
2.1.2 應力的表示
2.1.3 應變的表示
2.1.4 廣義胡克定律
2.1.5 強度理論
2.1.6 彈性問題的能量表示
2.2 線彈性靜力分析模型
2.2.1 基本模型方程
2.2.2 常用簡化模型
2.2.3 基本定理和原理
2.3 模型方程的求解方法
2.3.1 直接法
2.3.2 試函數法
2.3.3 虛功原理與小勢能原理
2.4 結構動力學基本原理
2.4.1 結構動力問題的特點
2.4.2 結構動力問題的分類
2.4.3 結構繫統的動力自由度及其離散
2.4.4 振動能量耗散與阻尼力
2.4.5 建立運動方程的方法綜述
2.5 多體繫統結構動力學基礎
2.5.1 基本概念與原理
2.5.2 動力學方程
第3章結分析基本方法
3.1分析原理
3.1.1 二杆結構計算方法
3.1.2分析基本思路
3.1.性質與特征處理
3.1.載荷與邊界處理
3.2 結分析中的常見問題
3.2.1 計算模型的選擇
3.2.2 幾何模型的簡化
3.2.3 離散方選擇
3.2.4 邊界條件與連接條件
3.2.5 收斂性、誤差估計與改善精度的方法
3.3 其他類型的結分析
3.3.1 材料非線性問題
3.3.2 幾何非線性問題
3.3.3 接觸非線性問題
3.3.4 結構穩定性問題
3.3.5 結構動力學分析
3.4商業軟件
3.4.1 軟件基本構成與操作
3.4.2 常商業軟件簡介
3.5 電纜擺杆結構優化設計與評估
3.5.1 電纜擺杆組成結構和負載
3.5.2建模
3.5.3 仿真分析
3.5.4 試驗對比與分析
3.6 回轉平臺結構動力特性評估與優化
3.6.1 回轉平臺結構模型
3.6.2 結構動力特性建模
3.6.3 結建模
3.6.4 結構動力特性評估
第4章流體與傳熱的基本原理
4.1 流體力學基礎知識
4.1.1 基本概念
4.1.2 流體流動的分類
4.1.3 氣體動力學基礎
4.2 傳熱學基礎知識
4.2.1 基本傳熱方式
4.2.2 傳熱學基本方程
4.2.3 傳熱過程與傳熱繫數
4.3 流體控制方程
4.3.1 基本控制方程
4.3.2 控制方程的不同表示
4.3.3 方程類型與定解條件
4.3.4 雷諾平均方程
4.3.5 湍流模型
第5章流體與傳熱數值計算
5.1 流體與傳熱數值計算方法
5.1.1 模型方程的離散與計算
5.1.2 流動與傳熱數值計算方法概述
5.1.3 基於通用控制方程的離散過程
5.1.4 基於矢量方程的離散過程
5.1.5 求解方法
5.2 流體與傳熱計算中的常見問題
5.2.1 計算網格
5.2.2 邊界類型與參數設置
5.2.3 邊界上的湍流參數
5.2.4 收斂條件
5.2.5 改善收斂性和計算精度的其他方法
5.3 CFD商業軟件
5.3.1 CFD軟件通用流程與基本組成
5.3.2 常用CFD商業軟件介紹
5.4 基於CFD的臍帶塔溫度保障能力評估
5.4.1 臍帶塔封閉環境傳熱的數學模型
5.4.2 基於CFD的仿真建模
5.4.3 小結
5.5 基於CFD的推進劑升降溫繫統能力評估與優化
5.5.1 調溫的數學物理模型
5.5.2 基於CFD的調溫過程仿真分析
5.5.3 結論及展望
5.6 低溫推進劑加注過程中的間歇泉效應分析
5.6.1 數學物理模型
5.6.2 基於CFD的間歇泉效應仿真
第6章多剛體繫統動力學
6.1 多體繫統動力學概述
6.1.1 多體繫統動力學研究現狀
6.1.2 多體繫統模型要素與拓撲描述
6.1.3 多體繫統動力學計算方法
6.2 多剛體繫統動力學
6.2.1 剛體的運動描述
6.2.2 運動學與動力學模型
6.2.3 動力學方程的數值方法
6.3 剛柔耦合動力學模型
6.3.1 柔性體的運動描述
6.3.2 剛柔耦合動力學方程
6，4 多體繫統傳遞矩陣法
6.4.1 經典傳遞矩陣方法
6.4.2 多剛體繫統離散時間傳遞矩陣法
6.5 多體繫統動力學商業軟件
6.5.1 動力學分析商業軟件ADAMS簡介
6.5.2 ADAMS軟件基本構成與操作
6.6 脫落電連接器的多體繫統動力學分析
6.6.1 對接鎖緊及分離過程的分析建模
6.6.2 脫落電連接器的三維建模
6.6.3 基於ADAMS的運動過程仿真分析
參考文獻

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1.4.2 國內外研究現狀及發展趨勢
數值分析技術在一些發達國家，如美國、德國、日本等已得到廣泛的應用，應用領域從汽車制造業、工程機械、航空航天業、造船業、機械電子工業、國防工業到人機工程學、生物力學以及工程咨詢等很多方面。如火星探測器。探路號。的設計，波音777飛機的設計，福特汽車新車型的開發設計等。在工程咨詢方面，可以利用數值分析技術再現事故過程，以提供訴訟證據，或幫助制造商分析售後賠償問題，或為用戶的產品設計預試驗，曾有過一家公司利用車輛事故仿真結果進行辯護的案例，該仿真結果獲得了法庭的采納。
目前，市場上已有多種成熟的數值分析技術的軟件，大都是國外機械動力學公司所開發。較有影響的有美國機械動力公司（Mechanical Dynamics Inc.）的ADAMS，CADSI的DADS，德國航天局的SIMPACK，其他還有Working Model、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS、Pam—Crash等。
1.4.2.1 主要研究方法
數值分析技術是國際上20世紀90年代隨著計算機技術的發展，在CAX技術基礎上發展起來的新型技術。國外對數值分析的概念、理論研究已經相當深入，技術開發也日趨成熟。針對數值分析建立面向不同的模型和機型、不同領域（SCW）真，成為數值分析當前研究的熱點。由於計算機支持協同工作環境（CSCW）能力的提高和仿真方法論的進步，使得仿真技術和環境可以具有協作能力。協同仿真是一種處於不同地點、基於不同計算機的仿真人員采用不同建模方法建立混合。20世紀90年代後西方各國相繼取得了很多應用成果。1992年，數值分析技術次成功應用於波音777飛機的設計以後得到迅速發展。1997年，美國能源部和國防部又提出了下一代虛擬樣機NGVP技術的體繫結構。美國通用動力電船公司在新型攻擊潛艇項目中應用虛擬樣機技術，節約了超過25%的制造費用。目前，支持多學科數值分析協同仿真的產品、研究型項目，或多或少在服務互操作、時間管理、接口語義互操作等各層面都有相關研究，但都存在一些缺陷，還沒有形成相應的標準和規範，自動化程度不高。

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