复杂结构工程系统的破坏反演与可控性设计方法

本项目主要研究与探讨多构件系统的复杂结构按破坏状态进行反演、识别与可控性设计的方法与技术。提出了一种适用于复杂结构系统破坏分析的超级元法，大规模提高工作效率。建立了按破坏状态反演系统内部几何、物理参数和诊断内部损伤程度的方法，从而将反分析与无损检测发展到非线性领域，也为受灾损伤结构物的加固与修复提供依据。完成了按灾害性荷载下允许破坏状态反演结构应有的设计参数，实现按“坏而不倒”原则直接反演结构参数的可控设计。本项目在复杂结构系统分析方法、非线性反演、损伤诊断及设计理念等方面取得具有一定科学意义与应用前景的成果，这将为广泛复杂结构工程系统分析与设计的发展提供一种富有潜力与有效的方法手段。 2100433B

导弹武器系统是一个复杂工程系统，对导弹武器系统的研究一直是仿真领域的研究重点之一。《复杂工程系统建模与仿真》内容包括复杂工程系统建模与仿真的理论和应用问题。其中，理论方面，包括复杂系统的理论及其发展、基本概念、理论基础以及其建模与仿真相关的问题、复杂工程系统及其相关理论；应用方面，以导弹武器系统为对象，对导弹武器系统的设计、性能评估等方面的问题进行了阐述，包括导弹运动复杂性及几种特殊运动的建模、导弹六自由度一体化建模方法与理论及应用、核武器中聚合爆轰作用的复杂性及其建模与仿真、导弹攻防对抗系统和多传感器组合导航与精确制导复杂性分析与建模五个方面。

第1章 绪论

1.1 系统仿真

1.1.1 系统仿真的定义

1.1.2 系统的概念与分类

1.1.3 工程与复杂工程系统

1.2 仿真技术的发展

1.3 导弹、航天系统与仿真技术

第2章 复杂系统与复杂性

2.1 复杂系统与复杂性理论

2.1.1 现代系统科学

2.1.2 非线性科学

2.1.3 复条系统与复杂性科学

2.1.4 复杂系统理论的综合分析

2.2 复杂系统与复杂性处理方法

2.2.1 还原论与整体论

2.2.2 复杂性科学的方法论原则

2.2.3 开放复杂巨系统理论与方法

2.2.4 复杂适应系统理论与方法

2.2.5 复杂工程系统理论

2.2.6 导弹武器系统是复杂工程系统的初步分析

2.2.7 复杂系统与复杂性研究思路

2.3 复杂系统建模与仿真

2.3.1 复杂系统建模与仿真特点

2.3.2 复杂系统建模与仿真难点

2.3.3 复杂系统分布仿真

2.4 复杂系统建模与仿真的应用领域

2.4.1 经济领域

2.4.2 社会领域

2.4.3 军事领域

2.4.4 其他领域

第3章 战略导弹运动复杂性及几种特殊运动建模

3.1 弹体横向弯曲振动方程的建立

3.1.1 弹体横向自由振动方程及其运动特性

3.1.2 弹体横向强迫振动方程及其耦合作用

3.2 弯曲振动条件下作用在弹体上的广义力和广义力矩

3.2.1 考虑弹性振动的推力

3.2.2 摇摆发动机产生的惯性力对应的广义力

3.2.3 空气动力对应的广义力

3.2.4 用广义质量和广义力表示的弹性弹体运动方程

3.3 弹性弹体结构离散化方法——传递矩阵法

3.3.1 弹性元件(无质量、无惯性)的传递矩阵

3.3.2 典型节点的传递矩阵

3.3.3 梁的总传递矩阵

3.3.4 单分枝梁的传递矩阵

3.3.5 多分枝结构传递矩阵

3.3.6 用传递矩阵计算导弹横向振动特性

3.4 液体推进剂晃动分析及其建模

3.4.1 液体自由晃动的基本方程

3.4.2 推进剂强迫晃动的数学建模

3.5 对晃动频率的控制措施及晃动质量计算

3.5.1 晃动频率控制

3.5.2 晃动质量及其位置

3.5.3 晃动等效力学模型——工程二次简化

3.5.4 弹簧质量系统的等效运动方程

第4章 弹道导弹六自由度一体化建模方法与理论

4.1 摄动制导理论的贡献及其局限性

4.1.1 “摄动理论”与“摄动制导

4.1.2 导弹非线性系统的摄动方程

4.1.3 摄动制导的关机控制泛函

4.1.4 摄动理论对宇航事业发展的贡献及其局限性

4.2 基于整体论的弹道导弹一体化建模理论与方法

4.2.1 问题的提出

4.2.2 弹道导弹六自由度一体化建模的原则和特点

4.2.3 系统整体建模与分系统模型的关系

4.2.4 基于整体论的导弹一体化建模方法

4.3 基于牛顿力学定律的导弹六自由度一体化建模举例

4.3.1 六自由度建模中的坐标转换关系

4.3.2 导弹质心运动方程

4.3.3 绕质心运动方程：

4.3.4 关机方程和导引方程

4.3.5 控制系统模型

4.3.6 导弹复合运动状态中弹体的一体化模型

4.4 基于能量守恒原理的弹道导弹一体化建模

第5章 弹道导弹六自由度仿真与应用

5.1 六自由度仿真模型的验证与确认

5.1.1 理论仿真验模

5.1.2 六自由度仿真模型基于半实物仿真的验模

5.1.3 六自由度仿真模型基于飞行试验的验模

5.2 六自由度仿真的实现_

5.2.1 用YH-F2仿真计算机实现六自由度仿真

5.2.2 基于小型通用并行仿真计算机的六自由度仿真研究

5.3 六自由度仿真应用研究

5.3.1 弹道导弹全寿命六自由度仿真决策系统

5.3.2 在控制系统评审与定型中的应用研究

5.3.3 在导弹质量评估与发射决策中的应用研究

5.3.4 在导弹故障分析和辅助定位中的应用研究

5.3.5 六自由度仿真在闭环动态测试中的应用

第6章 核武器中聚合爆轰作用的复杂性与建模仿真

6.1 爆炸作用的复杂性与计算机仿真

6.1.1 核爆炸物理过程的复杂性

6.1.2 多维非线性造成的计算复杂性

6.1.3 仿真技术在核武器发展中的重要作用

6.2 高压环境下的固体物态方程

6.2.1 非含能固体物态方程

6.2.2 凝聚态炸药及其爆轰产物物态方程

6.2.3 仿真计算中的物态方程式

6.3 大变形非线性仿真数学模型

6.3.1 ALE描述法

6.3.2 拉格朗日描述法

6.4 物理模型及其离散化

6.4.1 基本结构

6.4.2 算法及其选择

6.4.3 模型离散化

6.4.4 材料模型

6.5 数值仿真结果与分析

6.5.1 金属壳层单元物理参量的变化图

6.5.2 金属球体情况

6.6 球形爆轰驱动计算模型的间接考核

6.6.1 间接考核试验模型

6.6.2 间接考核试验模型试验与数值仿真结果对比

第7章 多传感器组合导航与精确制导复杂性分析与建模

7.1 多传感器组合导航复杂性分析与建模

7.1.1 多传感器信息融合系统分析

7.1.2 基于卡尔曼滤波技术的组合导航系统建模

7.1.3 基于智能化信息融合技术的组合导航系统建模

7.2 精确制导武器系统复杂性分析

7.2.1 制导方式的多样性

7.2.2 作战过程的复杂性

7.2.3 工作环境的复杂性

7.3 一类典型的精确制导武器仿真建模

7.3.1 激光制导炸弹仿真建模

7.3.2 激光制导炸弹仿真研究

第8章 导弹攻防对抗系统建模

8.1 导弹攻防对抗概述

8.2 导弹攻防对抗仿真的发展及应用

8.2.1 作战模拟的发展与应用

8.2.2 攻防对抗仿真的发展与应用

8.3 常规导弹作战对抗体系分析

8.3.1 常规导弹作战体系基本构成

8.3.2 对抗方作战体系分析

8.3.3 联合作战下常规导弹作战对抗体系结构分析

8.4 常规导弹对抗仿真模型

8.4.1 常规导弹对抗过程分析

8.4.2 仿真系统模型

8.4.3 作战行动模型

8.4.4 综合自然环境建模

8.4.5 作战决策模型

8.4.6 网络管理控制模型

8.4.7 综合评估模型

参考文献2100433B

研究复杂工程系统快速故障诊断与容错控制的理论、方法与关键技术。主要针对航空航天控制系统提出融合等故障预报技术，以及鲁棒非线性故障诊断等方法，研究自组织小脑模糊神经网络及反推鲁棒自适应重构方法；在资源等约束下，研究模糊鲁棒容错系统结构及参数化设计；进行容错余度设计及可靠度分配；研制计算机仿真演示平台及开展国际合作。 2100433B