● 摘要
结构设计工程师的任务是对结构进行设计和分析，从而确定其应力和变形。为了确定结构是否能够承受外载必须预测其内应力，且保证结构的变形不超过给定范围，否则，设计者应依靠其经验修改设计。结构分析可以表明结构的薄弱部位，若工程人员没有设计经验，他可能会加强该薄弱部位，从而导致结构超重，而一个经验丰富的工程师则会利用结构分析的结果来确定去掉多余重量的部位。论文工作分为两个主要部分，第一部分是分析一个给定的结构设计，并提出改进结构以获得更好的结构刚度和强度，包括以下四个步骤：第一步是对一个给定结构建立有限元模型，包括选择单元和划分网格。有限元模型是整个快速有效的结构设计过程的关键，为了计算准确，必须对该有限元模型进行调整。第二步是在有限元软件MSC NASTRAN/PATRAN中完成网格划分之后，需要添加其在工作过程中的载荷工况。针对复杂的载荷环境，必须提取一些基本的载荷工况。本文研究中提取了运输、测试和动力学三种载荷工况。第三步则考虑结构重量轻、低成本和易于加工，利用分析结果确定薄弱部位，并调整结构使其更刚。在保持初始空气动力学参数和整体火箭尺寸的前提下，通过改变结构件的厚度、截面形状以及材料，去除了结构的多余重量。最后，提出结构的改进措施并对新模型进行分析，分析结果与初始设计进行了比较，表明新设计的刚度提高了。第二部分是设计一个探空火箭结构，综合考虑了一些给定的设计约束，如火箭总重量、重量分布和火箭尺寸，提出了一个完整的结构。也即在低重量、高刚度、低成本和易于加工的前提下，选择了火箭结构各部位的材料、厚度和梁截面形式。为了改善初始的探空火箭设计，对两种工况下的应力和变形进行了分析，然后修改设计以加强薄弱部位，结果表明新设计具有更好的刚度和强度。关键词：固体火箭，结构分析，结构设计，有限元技术，探空火箭
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