六自由度激励台的结构动力学等效建模

六自由度激励台是多轴同步振动环境模拟的重要地面设备,因其结构复杂且具有多个运动自由度,而难以构建准确的结构动力学模型。文章针对6-PSU构型激励台的结构动力学特性,提出其参数型建模与模型修正方法。首先确定模型修正的对象为含轴承和导轨等接触运动副的铰链与作动部件,提出采用刚度与质量解耦的方法建立其含参等效动力学有限元模型;然后以该等效模型为基础,通过模态参数修正铰链和作动部件等效梁模型参数,再利用频响函数修正模型中轴承和导轨的接触刚度参数,得到了修正后的激励台等效结构动力学模型。修正后的有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了建模方法的有效性。     

基于正弦基础激励的航天器结构模型修正方法

正弦振动试验是航天器系统级和单机产品需要开展的常规试验,充分利用工程中积累的正弦试验数据进行结构模型修正具有重要的工程意义。文章首先介绍了基础激励下结构模型修正方法,通过矩阵分块、待修正参数归一化、参与修正的频率点选择等步骤,推导出基于基础激励的模型修正公式;然后对国际通用算例GARTEUR桁架结构的有限元模型进行修正,分析修正后模型在修正频段内和修正频段外计算所得模态频率,验证修正后模型对模态频率的复现和预示能力,通过对比试验模型、分析模型和修正后模型中4个典型节点的响应曲线,检验修正后模型精度。结果表明:修正后模型的模态频率和响应曲线均与试验模型趋于一致,证实了该修正方法对GARTEUR结构修正的有效性。     

大尺寸工件测量中的温度误差修正

着重讨论了大尺寸工件测量中影响温度误差修正精度的主要因素,修正精度主要受模型误差、温度误差、线膨胀系数误差和温度梯度影响,其中,线膨胀系数误差对精度影响最大。引入微分膨胀系数,提出了更精确的温度误差修正模型,利用此模型对自研的形心轴线、型面点坐标测量系统的纵轴测量数据进行了温度误差修正,有效地提高了测量精度,降低了温度误差修正后的不确定度,确保了大尺寸高精度测量的实现。     

结构动力学模型修正技术在液体火箭发动机中的应用

可重复使用成为未来液体火箭发动机的重要发展趋势,载荷分析是进行疲劳问题分析的前提,而精确的结构动力学模型又是进行响应计算和界面载荷分析的基础。由于液体火箭发动机结构的复杂性,需要采用模型修正技术对初始建立的有限元模型进行修正。主要介绍了MC-1发动机的模型修正及界面载荷研究,SSME发动机模型修正过程、模型修正技术在航空航天其他领域的应用情况。根据是否考虑试验结果的不确定性,将模型修正方法分为确定性模型修正和随机模型修正两大类。主要阐述了经典的基于灵敏度的模型修正方法和对发展方向进行展望。     

自由度匹配技术在某贮箱结构模型修正中的应用

用改进的正交模型正交模态(ICMCM)法,结合模型缩聚及模态扩展技术对某贮箱结构进行了有限元模型修正。分析结果表明:用ICMCM法进行修正时模态扩展方法的可修正参数数量远大于模型缩聚法。对修正参数较多的修正问题,用模态扩展方法因在修正过程中可使用的数据量增加使修正方程数同时增加,可获得更好的修正结果。     

基于振动试验数据的有限元模型修正技术研究

文章针对航天器结构的有限元模型修正问题,提出利用振动试验数据对模型进行修正的方法。详细阐述了基于基础激励传递特性的模型修正方法的理论公式,对此方法的程序实现思路及修正程序与有限元分析软件NASTRAN的接口方式进行了详细的介绍。最后利用复杂桁架模型进行了仿真分析,初步验证了该方法的可行性。     

基于模态参数和加速度频响函数的综合模型修正方法研究

文章提出了一种基于模态参数和加速度频响函数的综合动力学模型修正方法.该方法先是利用试验测量所得的模态数据来修正动力学模型的固有频率和振型,然后利用试验测量所得的加速度频响函数对动力学模型进行二次修正,使得修正后模型的固有频率和加速度频响函数与试验测量所得值相一致.该方法综合了模态法和频响函数法,数值算例表明,修正后结果比较理想.     

用模态参数和振动试验数据修正动力学环境模型的研究

文章提出了一种利用模态参数和由振动试验数据求得的频响函数来进行模型修正的方法.在已建立的初步动力学模型的基础上,首先用实测的模态参数对解析模型进行修正,然后再用实测的频响函数修正解析模型的动力学参数,以使修正后的动力学模型中的模态参数和加速度频响函数与实际测量值一致.文章给出了这种方法的数学原理和公式,并通过一个数值模拟实例分析并验证了修正后模型的精确性.     

航天器热模型修正技术进展研究

遗传算法和Broyden类的准牛顿法是近年出现的两种航天器热模型修正新技术,目前处于尝试用于工程实践的试探研究阶段。文章对两种方法的算法原理进行了初步调研,并分别分析温度和热模型不确定参数两方面的修正效果。单从温度修正结果来衡量,两种方法均能取得较好效果。但不确定参数的修正效果不佳,两种方法均无法保证不确定参数的精度、甚至只能获得丧失了物理真实性的参数解。在此基础上进一步分析了航天器热模型修正问题的定解性,指出一般情况下实际航天器热模型修正属于欠定解或过定解问题,无法得到精确的参数的反解值。据此提出工程上应成组使用修正获得的参数,并应保持同一参数在修正模型和预示模型中的一致性。最后,初步展望了利用人工神经网络深度学习进行航天器热模型修正的可能性。     

基于不完整正弦基础激励响应数据的模型修正方法

文章直接应用航天器正弦振动试验所获取的结构动力学特性响应数据,开展了模型修正方法的研究。在试验数据不完整时,需进行模型缩聚。首先对比分析了Guyan缩聚和IRS缩聚方法的优缺点和适用范围;然后以缩聚后模型为基础,推导了基于基础激励响应数据的模型修正方法;最后以GARTEUR桁架结构的不完整的基础激励试验数据为基础对归一化的结构参数进行修正。结果表明:IRS缩聚模型修正后对模态频率具有良好的复现能力和预示能力,对响应曲线的修正也得到了明显改善。     

航天器结构模型优化修正方法的研究

航天器结构设计通常利用试验数据进行模型修正，以使修正后模型接近真实结构和提高结构有限元分析预示精度，并有可能取代某些大型结构试验，如结构星试验等。这种结构设计方法既可节约研制经费，又可缩短研制周期，具有明显的经济效益和工程应用前景。本文导出了迭代IRS缩聚方法，提出了相对灵敏度概念，建立了模型修正的优化理论模型。在利用五院自编有限元软件DASS的基础上，开发了航天领域模型修正软件初版MUSS1．0。最后，通过仿真和工程实例对理论和软件进行了初步验证。     

基于新型降阶模型的网格加筋圆柱壳频率分析

针对网格加筋圆柱壳频率分析计算量大的问题,提出一种基于多项式及梁单元形函数的模型降阶方法,即运用多项式及梁单元形函数将复杂结构有限元的节点位移转化为主节点位移,实现模型降阶。并通过控制多项式阶数及梁单元个数来调整降阶模型的分析精度,而降阶模型的计算效率较精细模型有显著提高。以网格加筋圆柱壳为例,对比本文提出的模型降阶方法与3-D实体模型及其他模型降阶方法的频率分析结果,结果表明,提出的模型降阶方法不仅能捕捉到结构的整体模态,还能反映出结构部分局部模态,适用范围广,能够为工程结构设计提供简单有效的计算模型。     

大型空间模拟器封头的屈曲分析

封头是大型真空容器的重要组成部分,其主要破坏形式是产生屈曲,所以在真空容器的设计中必须对封头的屈曲特性进行分析。文章采用有限元法建立某大型空间环境模拟器的封头模型,通过有限元线性分析与非线性分析计算结果和经验公式计算结果相比较得到临界载荷,证明利用有限元方法来分析封头的屈曲特性具备可靠性和可行性。文章所得到的结论可为实际设计工作提供参考。     

航天器典型防护结构节点分离FEM的数值模拟

建立了一种航天器防护结构超高速碰撞数值模拟的节点分离有限元方法。通过重合节点网格转换和添加节点集约束建立了节点分离有限元模型。在显式积分迭代中,将达到断裂判据的节点集解离,从而生成裂纹。对网格畸变问题进行分析,并建立了几何识别方法,进而删除畸变单元,改善了算法的稳定性。应用节点分离方法模拟了单层板超高速撞击问题,并分析了撞击速度对弹丸变形程度和碎片云形状的影响。应用节点分离方法对Whipple防护结构、填充式防护结构和多层网结构进行了模拟,获得了与实验一致的结果。多种算例表明,节点分离有限元方法改善了以往断裂侵蚀有限元方法处理网格畸变、碎片云模拟以及二次碎片云碰撞等方面的能力,对典型防护结构模拟具有很好的适用性,能够成为光滑粒子流体动力学(SPH)方法的有效补充和替代。     

结构有限元模型的综合修正方法

本文的方法是针对像卫星这样的大型复杂结构而提出的。它既包含了对物理参数的修正又包含了对矩阵元素的修正。除了可以修正刚度矩阵[K]和质量矩阵[M]外,它还可以修正阻尼矩阵[C]。该方法最大限度地利用了实验数据,包括固有频率、模态和频响函数。在对许多模态和固有频率进行修正的基础上,首先保证了前几阶固有频率的修正精度。本文的计算方法不需要实验频响函数是满秩的,只需要在做实验时得到频响函数的一行或一列、几行或几列,而且避免了对阻抗矩阵求逆。本文提出的方法可以进行较大误差的修正。     

基于拟合模态法的大范围运动柔性曲线梁动力学建模方法研究

大范围运动柔性曲线梁的动力学建模主要采用有限元法，这是由于很难得到曲线梁模态的解析模态表达式，求解的复杂程度随着单元的增加而增加。本文提出一种拟合模态法进行动力学建模，把大型有限元分析软件计算得出的模态拟合成为多项式的形式，得到曲线梁模态的近似解析表达式，从而大大简化了建模与计算的过程。以某型号卫星抛物面天线为例，验证了方法的可行性与准确型。     

非稳定导热问题有限元算法的守恒条件及一种守恒格式

本文对非稳定导热问题的有限元算法的能量守恒条件进行了讨论。认为有限元之解有时出现反常、振荡的原因是对问题时空域的离散化未能使相应格式满足能量守恒原理。依据文中的分析,提出了一种以单元边长做为集中热容阵权因子的守恒格式。验算表明,其稳定、可靠、精度较高。     

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。     

某航天器姿态控制机组随机振动响应分析

根据结构件宽带随机振动原理,用NASTRAN有限元分析软件对某航天器姿态控制机组的随机振动应力进行了动力学分析。用大质量法模拟基础加速度激励,用模态法计算频率响应。分析表明,计算值与试验结果基本一致。该分析法可在设计阶段用于预示产品的随机振动响应。     

惯性平台框架类结构件的试验模态分析

为了更好的设计和改善结构的动态特性，从而提高产品及工程的质量，应用结构动态分析和计算方法，针对某型号惯性平台框架类结构件进行了模态试验分析，得出了各结构件在0～2000Hz内的各阶固有频率和振型，并通过将试验模态分析的结果和有限元分析结果进行对比，对有限元建模和分析结果的正确性给予了验证。最后，文中提出了各框架结构件设计中存在的薄弱点和相应的优化措施，为今后结构的设计改进和动力学分析奠定了基础。