航天器黏弹性约束阻尼结构频率响应分析方法

黏弹性约束阻尼是对航天器结构进行振动响应抑制的重要方法,而频率响应分析是评估抑振效果的重要分析手段。文章阐述了利用有限元分析软件MSC/NASTRAN对黏弹性约束阻尼结构进行频率响应分析的方法,分析了各种方法的特点,并结合典型航天器结构件给出具体分析算例,可为相关方法的工程应用提供借鉴。     

介质载荷对输送管路振动响应的影响

航天器推进剂的输送管路在飞行过程中承受了低温、内压及振动等复合载荷的作用,因此对管路的结构疲劳及振动特性的分析研究是航天器研制阶段的重点之一。为了研究多种介质载荷综合施加的影响,文章分析了无介质载荷、内压载荷、低温-内压-附加质量综合介质载荷等3种条件下输送管路结构的振动响应特性,获得了3种介质载荷对薄壁轻质管路的影响规律,便于指导开展以后的航天器输送管路地面验证试验。     

整星阻尼减振方案及试验结果分析

为改善整星振动环境,研究了在星箭转接锥附加约束阻尼层(CLD)提高整星阻尼的可行性.用有限元方法计算和优选约束阻尼层减振方案,并根据结构特点,综合考虑阻尼增量和附加质量,获得了合理的约束阻尼减振方案.在结构星上进行了振动试验以验证方案的整星减振效果.分析和试验结果表明:此约束阻尼层减振方案有一定的减振效果,可靠性高,且不改变卫星原技术状态.另发现,采用的试验方法和结构星本身因素可能影响整星阻尼减振的减振效果评价.     

非线性能量阱对飞轮振动抑制效果的实验研究

利用薄片金属梁作为非线性刚度元件，构建一种非线性能量阱。为了验证非线性能量阱对飞轮振动特性的抑制效果，搭建地面飞轮测试系统。分别采用力锤敲击和飞轮以恒定转速运行的方法施加不同载荷，对安装非线性能量阱前后测试系统各典型位置的振动响应进行对比研究。利用实测数据，采用傅里叶变换方法将动态响应信息分别在时间域和频率域内展开。研究表明：力锤敲击产生的冲击载荷和飞轮以恒定转速运行产生的稳态载荷均可以激发非线性能量阱定向能量传输；受非线性能量阱的影响，柔性支架设备安装面和飞轮安装面振动响应得到有效抑制。但是，由于非线性能量阱阻尼和吸振子质量较小，不同程度削弱了其振动抑制效果。     

火箭仪器舱仪器安装板的振动控制试验研究

本文在对长Ⅲ甲运载火箭仪器舱进行了试验模态分析的基础上，对长Ⅲ甲运载火箭仪器舱进行了可控约束阻尼层主被动一体化振动控制试验研究，研究结果表明，可控约束阻尼层结构对火箭仪器舱这一大型复杂结构进行振动控制是非常有效的。     

航天结构的约束阻尼振动抑制优选方案研究

约束阻尼结构的高可靠性和良好的阻尼性能使得它在航天振动控制工程中得到了越来越广泛的应用。但是为实现约束阻尼结构的减重增效 ,需要寻找其优选的方案。本文通过典型的一种耦合结构约束阻尼振动抑制方案研究 ,得到了其优选的振动抑制方案。仿真结果表明 ,约束层和粘弹层相等面积铺设的方案比较保守 ;可以通过合理布置粘弹层而不改变约束层面积的方案来代替 ,实现约束阻尼结构的减重增效。该方案可为约束阻尼振动抑制设计提供参考     

某天线支承筒阻尼减振设计与分析

为减小某卫星天线支承筒的振动,根据阻尼减振原理,采用约束阻尼层方法进行减振处理。以ZN-1丁基橡胶为粘性阻尼材料,T700S层合板为约束层,在约束层厚0.4 mm,铺层数为4的条件下,设计了三种不同铺层角的减振方案。有限元计算结果表明,在天线支承筒上附加约束阻尼层可明显降低支承筒指定点处的频率响应。在给定条件下,给出的三种方案均满足工程要求,其中以铺层角45°/-45°/0°/90°方案的效果最佳。     

航天器基础激励SEA建模方法

针对航天器力学环境试验中随机横向基础激励高频预示技术开展了建模方法的研究。首先建立典型结构的有限元模型并开展仿真计算,获取背地板面内振动数据、连接环弯曲振动数据及振动台横向振动数据;进而分别建立背地板受纵向振动约束载荷、连接环受弯曲振动约束载荷的SEA模型,并将有限元计算结果作为激励源数据,利用统计能量分析（SEA）方法开展仿真分析,得到了航天器横向基础激励SEA建模的一般方法和步骤。研究表明:横向基础激励下,可将环境试验中获取的振动台数据以弯曲波的形式施加到连接环上,进行航天器高频响应SEA预示。     

某型卫星有效载荷支架振动抑制

某型号卫星的有效载荷支架结构在验收级振动试验时振动超标。在对结构不做大的修改的前提下，采用约束阻尼层用对原结构进行处理。对不同的约束阻尼层方案采用有限元方法进行计算，综合考虑各种影响因素，如阻尼比和附加质量等，得到合理的约束阻尼减振方案，并在结构星上进行试验，确定最终实施方案。实施方案后，正样星在0．1g振动条件下，最大振动幅值下降了22．3％，保证了卫星的顺利发射。该卫星已经成功发射，并且在轨运行正常。该问题的成功解决和解决问题的方法与过程为今后解决类似问题提供了经验。     

碳纤维支架振动抑制方法研究

对某卫星的碳纤维支架振动抑制方法进行了研究。讨论了约束阻尼减振方案离散约束层和离散阻尼层的影响,分析了不同状态的结果;结构修改采用加强板改进方案,分析了5种工况的影响;内部填充减振材料方案在支架的撑杆内部填充聚氨酯减振材料,分析了聚氨酯材料的弹性模量和损耗因子等参数对结构特性的影响。综合比较了不同方案的优缺点,认为该支架应在原约束阻尼方案的基础上,采用增加加强板1圈的改进方案。     

卫星飞轮支架的共固化阻尼减振设计

研究了应用共固化阻尼减振技术抑制某卫星星上飞轮支架的振动响应。共固化阻尼 减振是一种将阻尼层嵌入复合材料铺层中并共固化成型从而提高结构阻尼能力的振动控制技 术。首先,应用复合材料等代设计方法给出了无阻尼支架原型。然后,采用有限元法计算了 原型支架关键模态的应变能分布规律,确定出阻尼材料铺敷位置。参数化研究了阻尼层铺层 位置、阻尼层厚度对共固化阻尼减振效果的影响,确定了阻尼减振设计参数。最后,比较了 共固化阻尼支架与无阻尼支架的随机响应,验证了共固化阻尼减振设计效果。
     

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。     

小卫星声-振联合试验耦合响应分析及预估

卫星在主动段承受发动机脉动推力和气动噪声激励复合作用下的振动环境。以整星模型为试验对象,分别开展了卫星的振动台随机振动试验、噪声试验和声-振联合试验。对3组试验结果的对比分析发现,声-振联合试验中,基础激励和噪声激励对不同结构处响应在低频段和中高频段具有不同的影响规律。在此基础上,提出了一种工程应用方法,即用振动台试验和噪声试验的响应极值包络法以及线性叠加法以预示声-振联合试验的响应。     

航天器铁路运输中的大承载低频减振技术

针对航天器铁路运输过程中传统钢丝绳减振系统多采用定制化设计且难以对低频振动进行有效减振的局限，提出一种可适用于不同航天器的通用模块化复合减振单元，通过空气弹簧压力及流阻调节控制实现减振系统在不同承载条件下的阻尼调节。在单元组件级研制和试验验证基础上，开展全减振系统研制和跑车试验。试验验证结果表明:减振单元具备阻尼比在0.18～0.29区间连续调节能力，与传统钢丝绳减振系统相比可明显降低运输过程中的振动响应，有效减振频率下限低至8～15 Hz，可为3000 kg以上的大型航天器的安全运输提供有力保障。     

卫星肼瓶系统减振优化设计

由于布局和安装条件的限制,某卫星肼瓶支架采用了“十”字型截面设计,这导致在发射过程中某方向肼瓶振动幅度过大,发生较大变形甚至断裂破坏。为减小肼瓶系统的过度振动,采用结构优化方法进行了减振动力学设计。考虑以下方案:1)固有频率约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;2)频率响应约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;3)以频率响应极小化为目标函数的肼瓶系统尺寸优化;4)频率响应约束下阻尼材料拓扑布局优化,以肼瓶系统重量为目标函数。对优化模型1)~3)进行直接线性化处理,采用序列二次规划方法求解。在阻尼材料拓扑布局优化中,采用了作者提出的基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则。综合比较上述方案优化效果,阻尼拓扑布局优化设计的减振效果是最佳的。文中对动力响应优化设计问题的优化模型选取也进行了探讨。     

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。