含间隙铰链的非线性动力学建模及数值分析

针对空间可展开机构中的含间隙铰链,建立非线性动力学模型,研究其非线性动力学特性。将含间隙铰链实体等效为"T"字型梁模型,针对两侧端部的径向碰撞和侧向碰撞,首次提出了碰撞点的检测算法。针对不同的碰撞类型,建立相应的非线性接触力和摩擦力分析模型,将碰撞点处的作用力等效施加到"T"字型梁模型上。进行"T"字型梁模型在轴向冲击载荷下的动力学特性分析,并与ANSYS软件的分析结果进行比较,验证了含间隙铰链非线性动力学模型的有效性。分析了有多个含间隙铰链的可展开桁架动力学响应特性,研究含间隙铰链对桁架响应的影响机理。结果表明:采用含间隙铰链的动力学模型,可以更加精确地分析可展开桁架结构的非线性动力学响应,为可展开桁架结构的动力学设计提供支撑。     

包带连接力学分析与建模

研究了卫星包带连接的有限元力学建模。基于对包带预紧力、卡块与连接环间的接触力,以及两连接环间的接触力的分析,将接触力等效为有限单元节点力。对所建模型中的非线性项,用Newton-Raphson法求得给定包带顸紧力的平衡位置,再以该平衡位置处的切线刚度对模型作线性化,分析了模态和固有频率等动力学特性。某卫星的算例验证了模...     

非线性连接结构对一个典型卫星频率漂移的影响

文章针对一个典型的卫星桁架结构建立了三自由度运动模型,分别引入间隙非线性和Iwan模型描述了非线性连接结构;利用数值方法研究了系统的频率漂移,讨论了间隙大小、预紧力（重力）、系统阻尼、随机间隙及Iwan模型的参数对频率漂移的影响;对比了两种非线性连接结构下系统频率漂移的特点。研究表明,间隙结合预紧力条件可令结构呈现“硬弹簧-软弹簧”特性的频率漂移,迟滞和间隙两种非线性引起的频漂在幅频曲线上表现出不同的特点。     

铰接桁架结构动力学问题研究

以铰接桁架结构为对象,采用谱元法研究铰对桁架结构动力学行为的影响,拓展了谱元法的应用领域。在频域下将铰结构考虑为一个谱单元,分别建立铰、杆和梁单元的动力学刚度矩阵,并加以整合得到整体结构的动力学刚度阵,进而建立整体结构的动力学方程。通过求解整体结构的动力学方程,获得结构的固有频率、频响曲线和时间响应历程曲线,并将谱元法的计算结果同有限元法的相应结果进行了比较。分析结果表明,谱元法在求解铰接桁架结构的动力学问题上具有较高的精确性,并且铰的存在对桁架结构动力学行为具有显著影响。     

复合材料胶接接头分析研究

文章阐述了复合材料胶接接头的力学特性;针对单搭接管接头进行了有限元建模;在线弹性分析的基础上,考虑胶层弹塑性特性而进行了非线性分析,得出接头的位移场和各部分的3D应力场;通过初步试验,验证了分析的正确性。分析结果对复合材料胶接接头强度校核及设计改进有指导作用。     

随机激励下非线性振动系统特性的定性分析

求解李雅普诺夫方程,可直接获得平稳随机振动响应协方差矩阵。用等效线性化方法处理非线性系统,通过多次迭代求解李雅普诺夫方程可得到稳定的等效线性系统参数,从而获得一种多自由度非线性系统特性定性分析方法,为实际的非线性动力学系统建模提供了理论依据。对几个实例进行了仿真分析,结果验证了该方法的有效性。     

随机激励下铝蜂窝夹层板非线性特性研究

为研究铝蜂窝夹层板的非线性动力学特性,对铝蜂窝夹层板做不同激振量级下的随机振动试验,并作出非线性幅频图。系统的非线性频响函数的共振放大倍数随着激振量级的增加而减小,其特征与应用等效线性化及FPK法计算的带有非线性阻尼的系统理论得出的结果相似,拟合结果也表明试件的等效阻尼系数随外激励变化而变化,故得出文章中的试件带有非线性阻尼特性。铝蜂窝夹层板具有非线性阻尼特性这一结果可对航天器建模提供理论参考依据。     

适用于含多个隐式极限状态方程的飞机结构系统安全分析新方法

工程复杂随机结构的概率安全分析中，最重要的两个步骤是建立所有失效模式的极限状态方程和计算所建立极限状态方程的失效概率。一般来说大型复杂工程结构的极限状态方程都是隐式的，且当材料参数、结构参数和外载荷等均为随机变量时，极限状态方程均为非线性的，为此文中提出了建立真实复杂结构多模式隐式极限方程的等效方法。该方法对于单个极限状态方程采用在均值点展开成线性项和高次项修正的方式，在概率等效的基础上，建立起原非线性隐式极限状态方程的概率等效线性显式极限状态方程。当结构系统所有极限状态方程都建立了其等效显式线性极限状态方程后，即可利用可得的可靠性分析方法来计算结构系统的等效失效概率。所提方法被用于真实飞机结构翼身连接接头的强度刚度多模式可靠性分析，与迭代响应面法计算结果的对比表明，所提方法具有较高的精度。并且所提方法可以与任何标准有限元程序相结合，而标准有限元程序是当今处理结构力学分析与设计的强有力的工具，文中方法提供了力学分析与概率安全分析相结合的合理连接，其应用前景将是十分广泛的。     

A feedback linearization control for the nonlinear 5-DOF flywheel suspended by the permanent magnet biased hybrid magnetic bearings

The dynamic model of the magnetic suspension flywheel (MSFW) whose rotor is suspended by the permanent magnet (PM) biased hybrid magnetic bearing is nonlinear, complicated and coupled because of the superposition and couple of the electromagnetic flux and PM flux. It is a challenge for the closed-loop controller design of the MSFW. In this paper, the MIMO nonlinear dynamic model of such MSFW has been obtained using the equivalent magnetic flux circuit calculation and integrating the rotor dynamics. A nonlinear Luenberger observer has been designed to estimate the state variables of the system, and then the dynamic model has been exact linearized to linear and decoupled one using the state feedback. At last, a linear controller has been designed based on the obtained exact linearization model. The better abilities of decoupling and disturbance depression of the proposed controller compared to the controllers designed based on the Taylor linearization model are verified by simulations and experiments.     

分隔贮箱内液体晃动参数的识别方法

分隔贮箱内液体晃动问题可以用一个两自由度非线性阻尼系统予以描述。本文采用等效线性化方法处理非线性阻尼参数，给出了一种利用稳态正弦基础激励晃动试验技术确定分隔贮箱内液体晃动等效力学模型的参数识别方法。方法通过引入晃动模态的频响函数剩余影响的拟合项实现两阶晃动模态的分离识别。数值仿真计算表明，这一方法给出的参数识别结果可以满足工程应用的精度要求     

空间飞行器在视线坐标系中的追逃界栅

针对近地共面圆轨道上的两飞行器追逃问题,应用定性微分对策理论,在双方均为连续小推力假设下,研究了在视线坐标系下对策双方在中立结局上的最优控制策略及中立结局的非线性界栅构造及线性界栅的求解方法。在线性化方法中,首先针对方程中的状态变量作线性化,待最优推力确定后,再对推力变量在确定的终端附近线性化。本文理论推导最终得到了最优推力及线性化界栅表达式,给出线性化界栅与非线性数值逼近解的仿真结果。     

惯性平台新型金属橡胶减振器非线性特性分析

概述了金属橡胶材料的构成及特性。在简要介绍库仑摩擦阻尼产生机理的基础上，通过对于摩擦理想模型及线性双滞迟恢复力的分析，运用非线性振动理论中的谐波平衡法及傅立叶级数分析技巧，对含有位移三次非线性的粘性阻尼双线性滞迟隔振系统进行了研究；通过对不同参数下系统振动递率变化规律的分析，得出了一些有用的结论，为惯性平台新型金属橡胶减振器(以下简称MRD)的研制提供了理论依据。     

空间连续型机器人位姿与构型的能量整形控制

针对空间连续型机器人(SCR)位置和姿态机动、连续型机械臂变形控制以及系统受到外界干扰的问题，基于连接与阻尼配置-无源性控制(IDA PBC)方法设计了控制器。通过能量整形得到空间连续型机器人期望的能量函数，再对系统注入阻尼使其渐近稳定。利用非线性干扰观测器估计系统受到的干扰，并对外界干扰进行补偿。仿真结果表明：设计的控制器可以使空间连续型机器人机动到指定的位置和姿态，同时控制连续型机械臂变形为期望的构型，并且具有主动抗干扰的能力。通过选择合适的能量整形系数和阻尼注入系数，可使系统以期望的动态性能到达指定的平衡点。     

太阳翼铰链结构的动力学实验与非线性动力学建模

通过动力学实验获得真实的太阳翼板间铰链结构于不同激振频率下的振动响应参数,并采用力状态映射法建立板间铰链的非线性动力学模型。首先,采用单频激励信号模拟外扰对实际的板间铰链结构实施动力学实验;然后,基于其结构具有的多重非线性动力学特性,根据实验数据应用力状态映射法辨识结构的动力学参数,建立其非线性动力学模型;最后,对由太阳翼板间铰链连接的两段梁所构成的系统进行了冲击激励下的振动响应测试,同时进行了有限元动力学仿真,实验测试结果和数值仿真结果取得了较好的一致性。本文建立的太阳翼板间铰链非线性动力学模型能够较好地反映其动力学特性,对于实际太阳翼结构的动力学建模具有理论参考价值。     

用于统计能量分析参数辨识的子空间方法研究

利用统计能量分析法预示航天器结构高频动力学响应时,正确估计各子系统的统计能量分析参数至关重要。论文从实验参数辨识角度,基于子空间法的统一理论框架,提出功率流模型辨识/耦合矩阵修正方法(PMI/CMA)辨识系统的内损耗因子和耦合损耗因子参数。首先利用子空间法直接由时域测试数据辨识功率流模型的等价状态空间模型,然后利用辨识模型特征参数修正初始耦合矩阵。耦合矩阵修正方法考虑了子系统间的耦合信息,并通过寻求耦合矩阵初始值相对误差的最小范数解得到修正参数。最后利用两个实际结构分别对算法进行了仿真分析并与功率流实现/统计能量分析模型修正方法(PRM/SMI)进行了对比,验证了PMI/CMA方法的有效性。     

基于接触理论的一类带锁定机构的间隙铰链分析模型研究

重点研究一类在我国航天器上得到广泛应用的带有锁定机构的间隙铰链，基于接触理论建立了该类型间隙铰链的分析模型。首先，将铰链零件间的接触力假设为单向的非线性弹簧，并将铰链简化为由非线性弹簧组约束的摆；然后。将展开扭簧假设为线性力矩弹簧，得到包含间隙影响的铰链的力矩-转角关系曲线。通过仿真分析和试验验证，认为铰链的力矩转角关系曲线是分段光滑的。是铰链结构尺寸、零件间隙以及材料特性的函数。呈现出明显的非线性特征。     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

桁架结构阻尼控制的绝对值模态应变能法

本文阐述了近似求解复特性值问题模态阻尼比的模态应变能法（ＭＳＥ）和绝对值模态应变能法（ＡＶＭＳＥ），分别用两种方法计算了空间桁架结构应用粘弹性阻尼器进行阻尼控制时结构的模态阻尼比。完成了空间桁架结构模型的粘弹性阻尼控制实验。理论分析与实验结果比较显示，当结构中粘弹性的成分较大时，ＡＶＭＳＥ对复特征值问题中模态阻尼比的近似计算给出更准确的结果。     

环柱式天线展开过程耦合动力学分析

针对环柱式天线展开过程中斜拉绳索释放运动与桁架展开运动之间耦合动力学分析困难的问题,采用非线性欧拉梁单元对斜拉绳索建模,基于几何精确梁理论对环形桁架建模,提出了环柱式天线多体系统模型,实现了结构展开过程中绳索释放与桁架展开耦合动力学的精准仿真,揭示了绳索柔性等因素对桁架伸展起阻碍作用的机理。仿真结果表明,在环柱式天线展开过程中,减小绳索模量,降低绳索直径,采用单绳索分布设计,有利于提高桁架的展开稳定性。另外,绳索柔性对桁架展开中间阶段影响最为显著。该分析结果为环柱式天线在轨展开动力学预示和优化设计提供了指导作用。     

基于变刚度变阻尼的柔性喷管动态模型

针对柔性接头动态迟滞曲线受控制系统控制位置精度和动态响应速度影响较大的问题,基于电液伺服机构和柔性接头变刚度变阻尼模型,构建了柔性喷管的电液伺服机构-变刚度变阻尼模型,将其和电液伺服机构-定刚度定阻尼模型进行了对比。分析了电液伺服机构主要参数、柔性接头工作参数等对电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的影响。分析结果表明:电液伺服机构-变刚度变阻尼模型所构造的迟滞曲线可更准确地与实验结果相吻合,并符合迟滞曲线随频率变化的规律,反馈系数、放大器静态放大系数、电液伺服机构增益、滑阀流量增益等参数对系统动态特性的影响更为明显。该模型为固体火箭发动机电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的调整提供理论依据。