一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法，包括(1)获取卫星在纵向鉴定级正弦振动试验中输入谱最大值；(2)构建卫星加速度典型低频疲劳A

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法


[0001]本专利技术涉及一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法，属于卫星性能评估的


技术介绍

[0002]航天器运输一般通过公路、铁路、飞机三种运输方式，大型航天器由于整器尺寸超过这三种运输方式限制，如载人飞船等，往往通过海运的方式。运输环境是航天器全生命周期的一个重要组成部分，是其所经历的重要环境历程。航天器运输环境与发射环境不同。发射过程持续时间短，力学环境相对确定，并且可以通过正弦振动试验、随机振动试验、噪声试验来考核航天器对发射环境的适应性；但运输环境持续时间长，其力学环境受到路况、运输车辆状态、车辆速度、驾驶员驾驶能力等多方面影响变得极为复杂，整个过程无法通过力学试验进行准确模拟。因而对航天器在运输过程中所经历的力学环境进行分析，对产生的疲劳与损伤进行评价具有十分重要的意义。
[0003]剔除急刹车、天气环境骤变等卫星运输过程中的偶发事件，卫星的运输过程可以看作是一个平稳的随机振动环境。对随机振动环境下的产品进行疲劳分析的方法主要包括时域和频域两种方法。时域疲劳分析方法以采集的时域信号为数据源，进行应力循环次数统计，累计每次循环的损伤量作为损伤评价指标。时域疲劳分析法以雨流循环计数法最为典型。但由于时域分析方法计算量大，在工程应用中受到很大限制。频域疲劳分析方法则是依据功率谱密度函数近似估计疲劳损伤。由于频域信号的获取相对更加简单，因此频域疲劳分析方法更有利于工程应用的开展，基于频域疲劳损伤分析受到广泛关注。
[0004]频域疲劳损伤的分析方法以Miner线性累计损伤理论为主，结合结构应力疲劳S
‑
N曲线，对结构应力累计损伤进行统计，进而对结构破坏进行评价。然而该方法评价的基础是S
‑
N疲劳循环曲线，对于复杂的卫星结构，很难通过疲劳试验获取该数据。而卫星在运输或振动试验中往往以加速度响应数据作为评估分析的参量，因此无法直接通过Miner线性累计损伤理论以及应力疲劳S
‑
N曲线对卫星运输环境低频疲劳进行分析评估。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法，包括(1)获取卫星在纵向鉴定级正弦振动试验中输入谱最大值A
max
；(2)根据A
max
构建卫星加速度典型低频疲劳关系式；(3)以触发采集方式获取卫星运输过程中加速度时域信号并根据所述加速度时域信号得到相应的加速度冲击响应谱；(4)获取各加速度冲击响应谱中的最大加速度响应量级a
i
，以及各加速度冲击响应谱中最大加速度响应量级a
i
出现次数n
i
；(5)将A＝a
i
代入卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式，得到加速度响应量级为a
i
下卫星疲劳寿命N
i
；(6)根据步骤(4)所得n
i
以及步骤(5)所得N
i
，得到卫星在运输过程中的累计损伤值D。本专利技术旨在解决无法直接通过加速度响应评估卫星运输环境低频疲劳的问题，计算简单，工程实现容易，在卫星性能评估
具有广泛的应用前景。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法，包括如下步骤：
[0008](1)获取卫星在鉴定级正弦振动试验的输入谱最大值A
max
；
[0009](2)针对卫星振动频率为5Hz～100Hz的运输环境，构建卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式：
[0010][0011]其中，A
鉴定级
＝A
max
，N为卫星疲劳寿命，A为加速度响应量级；
[0012](3)以触发采集方式获取卫星运输过程中的加速度时域信号，并根据所述加速度时域信号得到相应的加速度冲击响应谱；
[0013](4)获取各加速度冲击响应谱中的最大加速度响应量级a
i
，以及各加速度冲击响应谱中最大加速度响应量级a
i
出现次数n
i
，1≤i≤m，m为加速度冲击响应谱的个数；
[0014](5)将A＝a
i
代入卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式，得到加速度响应量级为a
i
下卫星疲劳寿命N
i
；
[0015](6)根据步骤(4)所得n
i
以及步骤(5)所得N
i
，得到卫星在运输过程中的累计损伤值D。
[0016]进一步的，所述步骤(2)中，卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式的构建方法如下：
[0017](2.1)假定卫星疲劳寿命N与加速度响应量级A的关系遵循典型关系式NA
b
＝C；
[0018]其中，b和C均为常数；
[0019](2.2)假定卫星在经历一次完整的鉴定级正弦振动试验后即发生破坏；
[0020](2.3)假定卫星在正弦振动试验中不同振动试验输入谱量级与试验持续时间存在如下疲劳等效关系其中A0和A1分别为正弦振动试验任意两种不同的输入谱量级，T0和T1分别为与输入谱量级A0和A1相对应的试验持续时间；
[0021](2.4)根据鉴定级正弦振动试验输入谱量级A
鉴定级
与验收级正弦振动试验输入谱量级A
验收级
的关系式，以及步骤(2.3)中的疲劳等效关系，得到验收级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
验收级1
与鉴定级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
鉴定级1
的关系式；
[0022](2.5)根据鉴定级正弦振动试验持续时间T
鉴定级
与验收级正弦振动试验持续时间T
验收级
的关系式，以及步骤(2.4)所得验收级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
验收级1
与鉴定级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
鉴定级1
的关系式，得到验收级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命；
[0023](2.6)根据步骤(2.2)的假定得到鉴定级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命，将鉴定级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命和验收级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命代入步骤(2.1)的典型关系式中，并结合鉴定级正弦振动试验输入谱量级A
鉴定级
与验收级正弦振动试验输入谱量级A
验收级
的关系式，确定常数b和C的具体数值，即得到卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式。
[0024]进一步的，所述步骤(2.4)中，鉴定级正弦振动试验输入谱量级A
鉴定级
与验收级正弦振动试验输入谱量级A
验收级
的关系式为：
[0025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取卫星在鉴定级正弦振动试验的输入谱最大值A
max
；(2)针对卫星振动频率为5Hz～100Hz的运输环境，构建卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式：其中，A
鉴定级
＝A
max
，N为卫星疲劳寿命，A为加速度响应量级；(3)以触发采集方式获取卫星运输过程中的加速度时域信号，并根据所述加速度时域信号得到相应的加速度冲击响应谱；(4)获取各加速度冲击响应谱中的最大加速度响应量级a
i
，以及各加速度冲击响应谱中最大加速度响应量级a
i
出现次数n
i
，1≤i≤m，m为加速度冲击响应谱的个数；(5)将A＝a
i
代入卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式，得到加速度响应量级为a
i
下卫星疲劳寿命N
i
；(6)根据步骤(4)所得n
i
以及步骤(5)所得N
i
，得到卫星在运输过程中的累计损伤值D。2.根据权利要求1所述的一种基于加速度响应的卫星运输环境低频疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中，卫星加速度典型低频疲劳A
‑
N关系式的构建方法如下：(2.1)假定卫星疲劳寿命N与加速度响应量级A的关系遵循典型关系式NA
b
＝C；其中，b和C均为常数；(2.2)假定卫星在经历一次完整的鉴定级正弦振动试验后即发生破坏；(2.3)假定卫星在正弦振动试验中不同振动试验输入谱量级与试验持续时间存在如下疲劳等效关系其中A0和A1分别为正弦振动试验任意两种不同的输入谱量级，T0和T1分别为与输入谱量级A0和A1相对应的试验持续时间；(2.4)根据鉴定级正弦振动试验输入谱量级A
鉴定级
与验收级正弦振动试验输入谱量级A
验收级
的关系式，以及步骤(2.3)中的疲劳等效关系，得到验收级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
验收级1
与鉴定级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
鉴定级1
的关系式；(2.5)根据鉴定级正弦振动试验持续时间T
鉴定级
与验收级正弦振动试验持续时间T
验收级
的关系式，以及步骤(2.4)所得验收级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
验收级1
与鉴定级正弦振动试验疲劳损伤等效时间T
鉴定级1
的关系式，得到验收级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命；(2.6)根据步骤(2.2)的假定得到鉴定级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命，将鉴定级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命和验收级正弦振动试验中卫星的疲劳寿命代入步骤(2.1)的典型关系式中，并结合鉴定级正弦振动试验输入谱量级A
鉴定级
与验收级正弦振动试验输入谱量级A
验收级

【专利技术属性】
技术研发人员：东巳宙，白照广，常静，扈勇强，冯振伟，张一鹏，高涵，单悌磊，马雨嘉，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：