基于FE-SEA方法的卫星部组件随机振动条件研究

卫星部组件的随机振动试验条件确定是较为困难的,通常依据以往试验结果和经验给出。文章尝试应用混合有限元-统计能量分析方法（FE-SEA方法）预示卫星部组件的随机振动环境,以此确定星上部组件的随机振动试验条件。文章首先介绍了该方法的基本理论;随后,用该方法对卫星部组件在星箭界面基础激励和外场声激励联合作用下的加速度响应进行了分析;最后,在综合考虑预示结果和工艺检验要求的基础上,探讨了部组件随机振动条件的确定方法。研究结果表明:FE-SEA方法建模简便,适用于组合载荷作用下的宽频随机振动响应预示,并且,可以较为方便地确定部组件随机振动条件。     

航天器随机振动试验振动台驱动力估算方法

文章针对航天器复杂随机振动条件下(尤其是试验前)推力难以估算的问题,基于模态参与的思想,结合航天器随机振动的特征,对模态参与法进行改进和算法简化。改进后方法的验证结果表明,在白噪声激励条件下其计算结果与模态参与法吻合,而且能够计算模态参与法不能计算的非白噪声激励条件的随机振动载荷。文章还提出了能在工程中快速使用的三频段法,并通过型号验证了其可行性。     

船载雷达随机振动疲劳寿命分析

振动疲劳作为结构破坏失效形式之一，正日益得到重视。传统的船载雷达设备设计往往仅考虑静强度，从而导致结构抵抗疲劳破坏的能力不足。从模态分析的角度入手，利用模态叠加法进行随机振动分析，得到结构的各向应力功率谱密度。在此基础上进行基于Von Mises应力的谱分析，并分别从宽带和窄带过程的角度进行了疲劳寿命估算，最后对某船载雷达进行了随机振动疲劳分析。结果表明，船载雷达结构在满足静强度条件下，不一定能够满足抗疲劳性能要求。从模态振型分析的角度改进了结构设计，分析验证表明，改进后结构能够满足随机振动疲劳寿命要求。     

卫星产品多轴随机振动试验条件制定方法初探

卫星产品多轴随机振动试验技术的难点之一是试验条件的制定。文章分析了多轴随机振动试验条件制定的理论基础,并就多轴随机振动试验条件的工程处理方法从模型使用、简化处理、互谱设计、时域信号等4个方面进行了探讨,最后从简化处理、遥测数据分析、仿真计算和现有试验数据分析对比4个角度对卫星产品多轴随机振动试验条件的制定思路提出了建议。     

基于随机振动响应的结构非线性参数识别

复合材料结构呈现出典型的量级非线性特征,非线性刚度的研究是结构设计和分析的基础。结构使用环境多数存在随机振动载荷,在更接近真实使用环境下对非线性参数的识别结果更加适用。文章提出了基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法,设计了基于随机振动响应的非线性刚度识别程序;通过立方刚度单自由度非线性系统算例,验证了识别方法和程序;并通过试验研究了典型复合材料结构的量级非线性特征。结果表明,基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法具有较好的识别精度,多自由度系统不同谐振阶次的非线性特性存在差别。研究结论对于随机振动环境下结构非线性参数识别和建模具有一定的参考价值。     

卫星产品声振组合试验技术研究

文章开展了声振组合试验技术的初步研究,探讨了卫星产品声振组合试验的控制方法,并以面积质量比大的卫星舱板产品为例研究了噪声与随机振动组合试验条件确定方法。结果表明:在进行噪声与正弦振动组合试验时,应先启动振动试验控制,后启动噪声试验控制,且正弦振动控制应采用滤波处理;在进行噪声与随机振动组合试验时,噪声激励与随机振动激励正常启动后,相互之间影响很小,可以按照要求的条件施加激励;对于面积质量比大的卫星产品,在结构上同时施加随机振动载荷和噪声载荷,声振组合试验考核更加合理。     

基于力限的加速度谱下凹技术研究

为了缓解随机振动“过试验”现象,通常需要在试验件共振频段将加速度谱下凹。结合工程实际,文章基于力限振动试验的基本原理,提出了基于力限的加速度谱下凹策略,最后计算了某航天器有效载荷的加速度下凹谱,可以为随机振动试验加速度条件下凹提供技术支持,具有较好的工程应用价值。     

多轴低频随机振动试验控制方式研究

文章基于某三轴六自由度液压振动试验系统,开展了多轴低频随机振动试验控制方式研究。首先介绍了多轴低频随机振动控制的基本原理,然后设计了台面下、台面上、夹具上等6种控制方式,详细介绍了各种控制方式下转换矩阵、转角条件的计算方法,并开展试验研究。结果表明:在多轴低频振动试验中,只要符合刚体六自由度计算原理,试验中可根据具体情况选择不同数量、位置的控制点,配合不同的转动条件和控制转换矩阵,实现规定的多自由度加载条件。该研究成果可为今后开展多轴低频振动试验时合理设置控制参数提供参考。     

轨姿控发动机振动试验夹具结构拓扑优化

针对轨姿控发动机部分振动试验夹具存在质量偏大、频率特性差等问题,采取拓扑优化的方法对典型试验夹具进行了结构设计改进。基于Optistruct的拓扑优化模块,讨论了动力学拓扑优化模型及多目标优化的实现策略,介绍了离散度参数及最小成员尺寸等优化控制参数的设置。通过对推力装置块状试验夹具的拓扑优化,研究了优化目标及控制参数对优化结果的影响。优化后夹具频率特性满足试验要求,减速效果明显。通过实物振动试验,验证了正弦振动和随机振动试验条件下夹具控制响应平稳,满足试验容差要求。最后,通过对某型轨姿控发动机整机锥状试验夹具的结构设计改进,进一步拓展应用了拓扑优化方法。仿真结果表明,优化后夹具的模态频率和动态响应特性显著改善,为后续发动机振动试验夹具设计提供借鉴。     

激励频段对航天器随机振动载荷的影响

在航天器随机振动等效准静态载荷计算中,高频因对随机振动载荷的贡献较小而可以被截去,但目前截止频率的选择还未有完全确定。为确定随机振动环境下的计算频段,文章设计了不同动态特性的组件进行不同截止频率的随机振动试验,并根据试验数据分析研究了不同特性组件在不同振动频段下应变的变化规律。研究结果认为,对于一般组件,随机振动的计算截止频率可取为组件主频率的1.5倍。针对非均匀输入加速度谱的随机振动载荷计算问题,文章提出分频段的分析方法。按3个基本频段计算随机振动载荷,分析得到了不同频段对总随机振动载荷贡献大小和规律,以及截止频率误差的影响因素和影响大小。算例表明,分频段法可以用于不同状态输入加速度谱的随机振动载荷计算。     

基于实测数据的随机振动疲劳寿命预测方法

为研究随机振动载荷下构件的疲劳特性,采用振动台对试件开展随机振动疲劳试验。通过对试件应变计改装,完成试验过程中试件应变响应载荷测量,并实现试件疲劳过程的实时监测,准确获取了试件疲劳时刻。基于实测时域数据,结合雨流计数法和线性累积损伤理论,预估3种量级下试件的随机振动疲劳寿命。预估值与试验值对比均在3倍分散带内,验证了上述随机振动疲劳寿命预测方法的可行性及有效性。后续可通过载荷数据的实测开展危险结构件的疲劳失效监测及寿命预测。     

振动与疲劳

木文综述了随机振动环境所致疲劳损伤及破坏,即振动疲劳的概念、损伤模型、疲劳裂纹扩展及疲劳寿命估算公式,以及相应的振动疲劳试验方法。探讨了宽带随机振动环境下,振动疲劳的理论计算与试验方法。最后展望了振动疲劳在航天领域的应用前景。     

航天器电子产品抗随机振动环境设计方法研究

航天器电子产品在航天器发射过程中经历恶劣、复杂的随机振动环境,可能会引起电子产品失效。根据电子产品内部印制电路板(PCB)随机振动原理和特点,文章研究梳理了航天器电子产品随机振动失效模式及抗随机振动设计的5条一般原则,总结出航天器电子产品进行抗随机振动能力分析评估的两种方法和风险判据,利用有限元仿真分析证明了上述分析方法和判据正确可行。针对失效模式,从两个方面提出了5种降低产品随机振动动力学响应的可行方案,通过计算仿真及试验表明:产品内部PCB位移响应和变形极限大幅降低,减振方案有效。以上分析方法、判据及减振方案,可以作为同类电子产品抗随机振动能力评估的参考,为随机振动失效问题提供解决的思路和途径。     

固液捆绑火箭尾舱设备随机振动环境优化预示分析

运载火箭发动机喷流噪声是引起火箭舱段随机振动环境的主要因素;对于固液捆绑火箭而言,多个固体助推发动机与芯级液体发动机喷流噪声的组合捆绑效应将使舱段高频随机振动环境更为恶劣,尤其是对于靠近发动机喷口的固体助推发动机尾舱。文章重点针对某固液捆绑火箭试样阶段的固体发动机尾舱设备与支架安装面在噪声激励作用下的高频随机振动环境,采用有限元分析（FEA）方法进行随机振动环境优化分析。结果表明,增加单机设备支架厚度能明显改善单机设备安装面的高频随机振动响应。据此重新设计单机设备支架并进行试车实测,结果与仿真预示结果间的最大偏差未超出工程上一般要求的±3 dB偏差范围,验证了该环境优化及预示分析方法的合理可行,可为后续运载舱段在噪声激励下的高频随机振动环境优化预示提供参考。     

航空航天用CQFP封装复杂集成电路振动夹具优化设计

针对航空航天对复杂集成电路振动试验的严酷条件以及芯片封装的复杂特性,文章以某航空航天用CQFP228封装复杂集成电路振动夹具设计为实例,采用基于ANSYS Workbench软件的拓扑优化和多目标遗传算法（MOGA）对振动夹具进行结构设计优化,并对夹具结构进行扫频振动及随机振动响应仿真分析,最后通过试验证明了夹具设计的有效性及合理性,有效解决了集成电路夹具设计中容易出现的试验共振、动态响应差和夹具质量过大等问题。     

非平稳随机振动问题的矩方程求解法

本文将矩方程法推广到宽带激励下线性或非线性系统的非平稳随机振动问题,求得了通用的公式,并将它们应用于几类常见的非平稳随机振动。对于若干例子的计算结果表明,矩方程法能够较有效地处理宽带激励下系统的非平稳随机振动问题。     

变均方根随机振动?变加速度离心复合试验

为在地面试验中更真实地模拟再入飞行过载、振动力学环境的时变特性和复合特性,以再入飞行器子系统为对象,开展变均方根随机振动?变加速度离心复合试验研究。设定试验条件时,对预示弹道过载数据进行平滑和重采样,得到变加速度离心试验条件;对实测振动数据频谱进行归一化和频谱加权融合,得到变均方根随机振动试验条件。复合试验结果表明,给出的试验条件控制可行,实现了再入飞行振动历程和过载历程的同时模拟。     

随机振动引起空间反射镜面形退化的机理研究

为了确保遥感器能够承受发射过程中的力学环境,需要在地面对遥感器及其部组件进行充分的振动试验,随机振动试验是主要的试验方法之一。对于反射镜组件,除了需要关注常规的刚度和强度特性,还需要重点关注试验前后的面形变化。在多个型号的研制过程中,均出现过随机振动试验后反射镜组件面形发生退化的现象。因此,亟需研究随机振动试验引起的反射镜面形退化机理。文章通过对反射镜安装界面进行受力分析,研究了随机振动等效准静态加速度、连接刚度、预紧力以及摩擦力之间的关系。通过仿真分析发现横向残余应力是导致面形退化的主要因素,并给出了残余应力的估算公式。最后,结合某空间相机主镜组件的随机振动试验,验证了横向残余应力引起反射镜面形退化的机理。分析和试验结果表明,当达到产生横向残余应力的条件时,反射镜面形开始退化,横向残余应力越大,反射镜面形退化越严重。     

支架结构随机振动响应优化研究

文章建立了随机载荷作用下结构多点响应优化的数学模型,应用ANSYS程序的APDL语言实现了结构随机振动响应优化方法的程序化。设计了一个三维支架结构,以其为算例进行了基于几何设计变量的随机振动响应优化设计,取得了满意的结果。     

航天器随机振动设计载荷有限频段法研究

针对航天器随机振动设计载荷全频段法往往过于保守的问题,根据随机振动理论,分析了航天器随机振动设计载荷有限频段法的原理;在白噪声基础激励下,比较了有限频段法与位移等效法的设计载荷。结果显示:在单自由度弹簧质量模型下,有限频段法与位移等效法结果基本相同;在二自由度弹簧质量模型及整星模型下,有限频段法要大于位移等效法的设计载荷。以某卫星为例,分析了结构随机振动响应。分析结果表明:航天器不同结构的收敛频率不同,不同方向的位移收敛频率也不同,因此,应根据结构响应收敛频率来确定有限频段法截取频率。