太空飛行座艙骨架分析計(jì)算.docx

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1、太空飛行座艙骨架分析計(jì)算1計(jì)算模型簡(jiǎn)化說明與材料參數(shù)太空飛行座艙骨架，主要由型鋼焊接而成，分析采用梁?jiǎn)卧牧W(xué)模型。玻璃鋼裝飾品等附屬質(zhì)量產(chǎn)生的載荷，施加在太空飛行的整個(gè)鋼架結(jié)構(gòu)上，模擬這些附屬構(gòu)件對(duì)整個(gè)太空飛行主體鋼架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。主體結(jié)構(gòu)材料：Q235B鋼（=375MPa）。材料力學(xué)參量為：彈性模量E=2×10MPa，泊松比=0.3。由JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的表C-1，Q235B、45#鋼和高強(qiáng)螺栓的疲勞特性參數(shù)如表1-1所示。表1-1主要材料疲勞曲線數(shù)據(jù)序號(hào)12

2、34567891011循環(huán)次數(shù)（N）1020501002002E31E42E41E52E51E6應(yīng)力幅（MPa）Q235B4000282818971414106944126221413811486.245#鋼36412633179713471025437275225151126102高強(qiáng)螺栓7931524131042207155249023518613111793.1S-N曲線如圖1-1所示：圖1-1主要材料的S-N曲線2太空飛行載荷特性分析太空飛行的水平轉(zhuǎn)盤，在回轉(zhuǎn)電機(jī)作用下沿水平旋轉(zhuǎn)的中心軸線做

3、水平面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，角速度為；同時(shí)，垂直轉(zhuǎn)盤在電機(jī)作用下沿水平轉(zhuǎn)盤支臂的中心軸線做垂直面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，角速度為，座椅在固定在座椅懸臂上，繞垂直支臂的中心線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，座角速度為。座椅固定在懸臂上，受到復(fù)合離心力、重力作用，座椅的載荷作用示意圖如圖2-1所示：圖2-1太空飛行載荷示意圖座椅和乘人在運(yùn)動(dòng)過程中，始終受到重力作用，受到的重力大小為：（2-1）其中：—標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，9.8m/s2；—座艙組件質(zhì)量（包括壓杠、玻璃鋼組件等），161kg；—按照700N/人計(jì)算，2×700N/人=1400N。數(shù)

4、據(jù)代入公式（2-1），求得：滿載時(shí)豎直向下的力：=161×9.8+1400=2978N；太空飛行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，乘人和座椅一起，繞水平旋轉(zhuǎn)的中心軸線做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角速度的大小為（由產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)，水平角速度=4r/min，垂直角速度=5r/min，座艙角速度=4r/min，）：則水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，乘人和座椅產(chǎn)生的離心力：(2-2)其中：—垂直臂中心線的水平回轉(zhuǎn)半徑,值為4.922m；—座艙到垂直臂中心線的水平回轉(zhuǎn)半徑,值為2.19m；—兩個(gè)乘人質(zhì)量，共1400N，則：=142.86kg。則水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，乘人和座椅產(chǎn)

5、生的離心力：=（161+142.86）×0.422×（4.922+2.19）=381N；則垂直旋轉(zhuǎn)時(shí)，乘人和座椅產(chǎn)生的離心力：(2-3)其中：—垂直臂中心線的水平回轉(zhuǎn)半徑,值為2.262m。則水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，乘人和座椅產(chǎn)生的離心力：=（161+142.86）×0.522×2.262=186N則座艙旋轉(zhuǎn)時(shí)，乘人和座椅產(chǎn)生的離心力：(2-4)=（161+142.86）×0.422×2.19=117N根據(jù)GB8408-2008《游樂設(shè)施安全規(guī)范》中4.2.3.2節(jié)：游樂設(shè)施進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，其載荷（永久載荷及活

6、載荷）必須乘以沖擊系數(shù)（太空飛行沖擊系數(shù)的最大值取1.5）。座艙受到的向下載荷分量為：（2-5）=2978×1.5=4467N3座艙部件應(yīng)力分析3.1乘人加速度與安全帶驗(yàn)算設(shè)備在運(yùn)行過程中只要有加速度就會(huì)產(chǎn)生慣性力，加速度越大慣性力越大。乘人本身質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力，會(huì)直接作用在乘人身上。慣性力超過了一定限度，就會(huì)對(duì)人身造成傷害，所以有必要規(guī)定加速度的允許值。《游樂設(shè)施安全規(guī)范》4.7.1節(jié)：為使乘人不受到傷害，游樂設(shè)施乘人的加速度應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)。太空飛行水平加速度：（3-1）=+=0.422×（4

7、.922+2.19）+0.422×2.19=1.64m/s2水平加速度，即側(cè)向加速度由《游樂設(shè)施安全規(guī)范》圖2可知0.1s以上的穩(wěn)態(tài)加速度，[az]=2.0g，太空飛行座椅的水平相對(duì)加速度=1.64m/s2=0.17g﹤[az]=2.0g，表明側(cè)向加速度滿足設(shè)計(jì)要求。豎直加速度，由第2節(jié)載荷特性分析可知，太空飛行在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，垂直臂繞水平臂轉(zhuǎn)動(dòng)，由第2節(jié)可知，垂直加速度：=0.61（3-2）沖擊系數(shù)，是考慮豎直方向的重力加速度的增量，因此，在沖擊作用下，豎直方向的等效加速度為：=14.7（3-3）則

8、豎直方向的最大加速度：=15.31（3-4）由《游樂設(shè)施安全規(guī)范》圖3可知豎直向下[az]=4g。豎直向下相對(duì)加速度：=15.31=1.56g﹤[az]=4g，表明豎直方向加速度滿足設(shè)計(jì)要求。由《游樂設(shè)施安全規(guī)范》7.6.7節(jié)：安全帶宜采用尼龍編織帶等適于露天是用的高強(qiáng)度帶子，帶寬應(yīng)不小于30mm，安全帶破斷拉力不小于6000N。由設(shè)計(jì)圖紙可知，安全帶的寬度≥40mm，破斷拉力≥6000N。表明安全帶滿足設(shè)計(jì)要求。3.2座艙骨架的計(jì)算3.2.1有限元模型對(duì)座艙底板組焊