[发明专利]一种火工冲击定量减缓分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种火工冲击定量减缓分析方法及系统，其中，所述方法包括：建立无限周期杆对应的第一传递力学模型和有限周期杆对应的第二传递力学模型；获取所述第一传递力学模型的频带特性，并获取所述第二传递力学模型的冲击响应谱；基于所述频带特性生成应力波传播过程中的第一衰减指标，并基于所述冲击响应谱生成火工冲击的第二衰减指标；识别所述第一衰减指标和所述第二衰减指标之间的关联关系，并基于识别的所述关联关系，定量确定待验证的周期杆对火工冲击的减缓效果。本发明提供的技术方案，能够实现对声子晶体的火工冲击减缓效果进行精准的定量分析。

技术领域

本发明涉及火工冲击技术领域，具体涉及一种火工冲击定量减缓分析方法及系统。

背景技术

火工分离装置如爆炸螺栓、分离螺母、包带、膨胀管等具有响应迅速、同步性好、实时性高等特点，广泛运用在航天器中，用于实现分离解锁等关键动作。然而采用该类装置会引入爆炸冲击载荷，通常将分离装置点火引爆、预紧力释放以及结构撞击引起的机械瞬态响应称为火工冲击。火工冲击具有作用时间短、激励频率高和产生的加速度响应幅值大的特点，是航天器所经历的最苛刻力学环境之一。它会诱发航天器中对高频激励敏感的电子器件与微型机构失效，导致航天任务失败，甚至会造成灾难性的事故，因此非常有必要对火工冲击进行减缓。

目前实现火工冲击减缓的方法主要有两种：柔性吸能法和刚性隔离法。柔性吸能法原理是在星箭界面引入能量吸收材料，如传统的橡胶/硅树脂垫片等。对于一些本身具有一定刚度或安装精度要求的航天器或单机设备，通过附加柔性垫圈进行缓冲的方法会影响系统的刚度和安装精度。因此在航天工程中，刚性隔离法比柔性吸能法运用更加广泛。

刚性隔离法的隔冲机理是通过改变连接界面的波阻抗，以此减小应力波的透射，实现冲击隔离。随着新型缓冲材料如声子晶体的发展，周期结构在隔振、噪声控制和振动控制等领域得到了广泛的关注。研究发现，弹性波在周期型复合材料和结构中传播时，由于弹性波在周期结构内部和边界发生的横波纵波转化和干涉相消等相互作用，最终在通过晶体时呈现独特的频散关系，该频散关系被称为能带结构，而相对应的能带结构中禁带区域内的频率范围称为带隙。振动以某种频率的波的形式在声子晶体中传播时，如果该频率落在带隙范围内，将出现振动衰减。

这类新型周期缓冲材料具有优异的力学性能，在火工冲击隔离方面具有良好的应用前景，但由于材料结构的复杂性，相关研究多处于试验探索阶段，距离实际应用还有相当的距离。在工程实际中，火工冲击依靠的主要是经验和试验验证手段，无法实现火工冲击定量的缓冲优化设计。

发明内容

有鉴于此，本发明实施方式提供了一种火工冲击定量减缓分析方法及系统，能够实现对声子晶体的火工冲击减缓效果进行精准的定量分析。

本发明一方面提供了一种火工冲击定量减缓分析方法，所述方法包括：建立无限周期杆对应的第一传递力学模型和有限周期杆对应的第二传递力学模型；获取所述第一传递力学模型的频带特性，并获取所述第二传递力学模型的冲击响应谱；基于所述频带特性生成应力波传播过程中的第一衰减指标，并基于所述冲击响应谱生成火工冲击的第二衰减指标；识别所述第一衰减指标和所述第二衰减指标之间的关联关系，并基于识别的所述关联关系，定量确定待验证的周期杆对火工冲击的减缓效果。

在一个实施方式中，所述无限周期杆和所述有限周期杆中均包括一个或者多个元胞，所述元胞由不同材料的杆段连接而成；所述第一传递力学模型通过以下公式表示：

所述第二传递力学模型通过以下公式表示：

其中，上标n表示编号为n的杆段，u为杆段上沿x方向的位移，t为时间，ρ是杆段的材料密度，A是杆段的横截面积，E是材料杨氏模量，F为杆段上沿x方向的冲击载荷。

在一个实施方式中，所述频带特性按照以下公式计算得到：