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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 飞行器结构的概念与组成1

1.2.1 飞行器结构的概念与分类1

1.2.2 飞行器结构的形式与组成2

1.3 飞行器结构的研制过程5

1.3.1 火箭、导弹结构的研制过程5

1.3.2 航天器结构的研制过程7

1.4 飞行器结构设计的主要工作12

1.4.1 结构设计的特点与原则12

1.4.2 结构设计的技术要求15

1.4.3 构型设计17

1.4.4 结构形式、材料和连接方式的选择17

1.4.5 结构设计参数的确定20

1.5 飞行器结构强度设计21

1.5.1 强度准则22

1.5.2 结构强度验证25

第2章 杆系结构设计与分析28

2.1 引言28

2.2 杆系结构简介28

2.2.1 杆系结构的形式28

2.2.2 杆系结构的功能29

2.2.3 杆系结构的设计要求29

2.2.4 杆系结构的材料30

2.3 杆系结构的整体构型设计与选材30

2.3.1 整体构型的选型设计30

2.3.2 整体构型的布局优化设计31

2.3.3 杆系结构的选材33

2.4 杆件的设计35

2.4.1 杆件设计方法35

2.4.2 火箭杆式级间段的杆件设计36

2.5 杆系结构的接头设计42

2.5.1 接头设计方法42

2.5.2 火箭杆式级间段的接头设计44

2.6 杆系结构的应用45

2.6.1 作为主结构的应用45

2.6.2 作为次结构的应用47

2.7 杆系结构的分析48

2.7.1 杆系的几何不变性48

2.7.2 静定杆系结构分析52

2.7.3 静不定杆系结构分析60

2.7.4 薄壁杆件理论简介67

第3章 飞行器结构力学理论与分析方法71

3.1 引言71

3.2 飞行器结构力学理论及其解析求解71

3.2.1 弹性力学理论72

3.2.2 梁理论74

3.2.3 板壳理论76

3.2.4 复合材料结构力学理论84

3.2.5 结构稳定性理论87

3.2.6 热弹性理论91

3.3 飞行器结构分析95

3.3.1 结构有限元方法的基本原理95

3.3.2 结构分析模型的建立99

3.3.3 结构静力分析104

3.3.4 结构模态分析108

3.3.5 结构动态响应分析115

3.3.6 结构热变形及热应力分析120

第4章 弹翼结构设计123

4.1 引言123

4.2 弹翼的功用与设计要求123

4.2.1 弹翼的功用123

4.2.2 弹翼的设计要求124

4.3 弹翼的结构形式125

4.3.1 骨架蒙皮式弹翼125

4.3.2 整体壁板式弹翼127

4.3.3 夹层结构式弹翼129

4.4 弹翼的传力分析131

4.4.1 传力分析的概念131

4.4.2 单梁式弹翼的传力分析132

4.5 骨架蒙皮式弹翼的设计140

4.5.1 翼梁的设计141

4.5.2 翼肋的设计142

4.5.3 桁条的设计144

4.5.4 蒙皮和屏格尺寸的设计145

4.5.5 弹翼的校核计算146

4.6 其他形式弹翼的设计146

4.6.1 小展弦比整体壁板式弹翼的设计146

4.6.2 夹层结构式弹翼的设计149

4.7 弹翼与弹身的连接设计152

4.7.1 耳片式接头152

4.7.2 多榫式接头153

4.7.3 轴式接头155

4.7.4 插入式接头155

4.7.5 盘式接头155

4.7.6 燕尾槽式接头156

第5章 弹身结构设计158

5.1 引言158

5.2 弹身的功用与设计要求158

5.2.1 弹身的功用158

5.2.2 弹身的设计要求158

5.2.3 弹身的受载特点159

5.3 弹身的结构形式159

5.3.1 蒙皮骨架式结构160

5.3.2 整体壁板式结构162

5.3.3 构架式结构162

5.4 弹身的传力分析163

5.4.1 横向集中载荷的传递164

5.4.2 纵向集中载荷的传递164

5.4.3 隔框的传力分析166

5.4.4 弹身开口处的传力分析168

5.5 薄壁结构弹身的设计计算169

5.5.1 设计计算的基本步骤169

5.5.2 弹身截面的设计计算170

5.5.3 框的设计计算174

5.6 弹身舱段的设计176

5.6.1 弹身舱段结构布局设计176

5.6.2 相邻舱段的受力协调问题177

5.6.3 弹身的开口问题178

5.6.4 弹身舱段的密封179

5.6.5 设备的安装182

5.7 弹身舱段连接的设计184

5.7.1 连接偏差184

5.7.2 舱段的主要连接形式186

第6章 推进剂贮箱结构设计191

6.1 引言191

6.2 贮箱的分类与设计要求191

6.2.1 贮箱的分类与组成191

6.2.2 贮箱的设计要求193

6.3 壳段与短壳的结构设计194

6.3.1 壳段与短壳的结构形式194

6.3.2 硬壳式壳体结构的设计计算196

6.3.3 半硬壳式壳体结构的设计计算196

6.3.4 网格加筋式壳体结构的设计计算198

6.3.5 放射肋加筋短壳的设计计算199

6.4 箱底设计200

6.4.1 箱底的设计分析201

6.4.2 箱底的优化选择202

6.4.3 开孔的应力集中204

6.4.4 共底设计205

6.4.5 防热底设计206

6.5 防晃设计207

6.5.1 防晃措施207

6.5.2 防晃板的分类及其应用209

6.6 流出口与防漩设计210

6.6.1 推进剂流出口设计211

6.6.2 防漩装置设计213

6.7 消能器设计214

6.7.1 消能器的作用214

6.7.2 典型的消能器设计214

第7章 中心承力筒结构设计216

7.1 引言216

7.2 中心承力筒的功能与设计要求216

7.2.1 中心承力筒的功能216

7.2.2 中心承力筒的设计要求217

7.3 中心承力筒的结构形式与特点218

7.3.1 中心承力筒的结构形式218

7.3.2 中心承力筒的结构特点219

7.4 桁条加筋中心承力筒的设计与分析220

7.4.1 筒体设计220

7.4.2 连接设计224

7.4.3 设计计算225

7.5 蜂窝夹层中心承力筒的设计与分析226

7.5.1 筒体设计226

7.5.2 连接设计228

7.5.3 设计计算231

第8章 密封舱结构设计235

8.1 引言235

8.2 密封舱的功用与设计要求235

8.2.1 密封舱的功用235

8.2.2 密封舱的设计要求237

8.3 密封舱的结构形式238

8.3.1 密封舱的分类238

8.3.2 密封舱结构的外形238

8.3.3 密封舱结构的组成240

8.4 密封舱结构设计与分析241

8.4.1 舱体结构设计241

8.4.2 舱体结构分析242

8.4.3 舱门结构设计244

8.5 密封装置设计245

8.5.1 密封方法245

8.5.2 密封材料246

8.5.3 密封圈设计249

8.5.4 密封连接设计251

第9章 复合材料结构设计254

9.1 引言254

9.2 复合材料的分类与特点254

9.2.1 复合材料的分类254

9.2.2 复合材料的性能特点256

9.3 复合材料结构的设计要求和选材257

9.3.1 复合材料结构的设计要求257

9.3.2 复合材料结构的设计步骤258

9.3.3 复合材料结构的选材259

9.4 复合材料层合板设计262

9.4.1 层合板设计的一般原则262

9.4.2 层合板的设计方法263

9.4.3 加筋层合板的设计方法266

9.5 复合材料连接结构设计267

9.5.1 胶接连接设计267

9.5.2 机械连接设计268

第10章 结构优化设计270

10.1 引言270

10.2 结构优化设计的概念与分类270

10.2.1 结构优化设计的基本概念270

10.2.2 结构优化设计的分类271

10.3 优化设计的数学模型272

10.3.1 设计变量272

10.3.2 约束条件273

10.3.3 目标函数275

10.3.4 优化模型的数学描述276

10.4 优化算法277

10.4.1 数学规划法277

10.4.2 最优准则法279

10.4.3 仿生学方法281

10.5 结构优化设计的步骤284

10.5.1 数学模型的建立284

10.5.2 优化计算285

10.5.3 优化结果的分析286

第11章 CAD/CAE一体化设计288

11.1 引言288

11.2 基于构件的CAD建模288

11.2.1 CAD建模的技术思路288

11.2.2 CAD建模规范289

11.2.3 CAD参数化模板技术实现方案292

11.2.4 运载火箭典型结构参数化模板及装配294

11.3 基于模板的CAE分析305

11.3.1 CAE分析模板实现方案305

11.3.2 运载火箭典型构件CAE分析模板309

11.3.3 运载火箭整体结构CAE分析模板315

11.4 基于CAD/CAE一体化的壳体结构优化320

11.4.1 优化设计方法321

11.4.2 模型集成技术323

11.4.3 运载火箭壳体结构优化324

参考文献330