我国力学环境试验能力再上新台阶

正近期,由北京卫星环境工程研究所研制的1400 kN振动台系统和4000 m~3混响室系统顺利通过了测试验收和试运行,综合指标国际领先,为我国力学环境测试行业再添重器。1400 kN振动台系统垂直方向由4个350 kN振动台并联组合,水平方向由2个350 kN振动台并联组合,是目前世界上最大的电动振动试验系统。系统台面尺寸达到4600 mm×4600 mm,最高试验频率达到2000 Hz,弥补了液压振动台高频能力不足的问题。测试验收后,完成了多项重点型号产品(最大产品重约25t,高18m)的试验测试任务,系统性能表现优越。     

冲击响应谱控制系统仿真研究

文章用计算机仿真的方法,进行了用电动振动台实现模拟爆炸冲击环境的冲击响应谱控制方法研究,根据冲击试验规范合成时域波形,分量级转化为驱动信号输入到振动台系统,计算系统响应加速度及冲击响应谱,用波形幅值均衡法对冲击响应谱进行修正,实现冲击响应谱控制.     

基于联合仿真技术的虚拟振动试验平台建设

对电动振动台机电耦合系统进行辨识,通过Amesim软件建立了电动振动台的机电耦合模型,在Virtual.lab软件中建立了振动台与试验件的刚柔耦合模型,借助Matlab/Simulink软件建立了振动台的控制系统,最终基于联合仿真技术建立起了闭环虚拟振动台的正弦扫描振动试验平台。通过算例研究,表明所建立的虚拟振动试验平台能够很好地实现对试验件的正弦扫描振动试验,并能够实现仿真结果在Virtual.lab中的可视化。     

基于驱动谱耦合修正的多轴多激励随机振动试验算法研究

针对航天产品目前主流多轴多激励随机振动环境试验的跟踪精度与控制稳定性不佳问题,对基于驱动谱耦合修正优化的算法进行了研究。根据多轴随机试验的振动控制原理与方法,提出用比例均方根迭代修正与系统频响特性更新均衡调控的方式提高试验控制系统驱动谱的跟踪精度,给出了相应的控制策略:根据参考谱中各控制谱的相干系数选择修正方法,相干系数小于0.95时,用更新系统频响矩阵的方法实现对驱动谱的修正;相干系数大于0.95时,用修正参考谱下三角矩阵的方法实现对驱动信号的修正,以此不断减小控制偏差。两点两激励的仿真控制结果表明:各控制点自谱控制效果好,满足工程要求。建立两振动台对细长条试件进行振动试验,结果表明控制响应自功率谱和动态范围均满足工程试验要求。     

大型振动台结构设计中的有限元分析与应用

振动台是振动试验系统的主体结构。文章以某大型振动台结构设计为例,探讨了有限元法在振动台结构设计中的应用。工程实践表明,有限元法在大型振动台结构分析设计中,可以解决复杂结构的力学计算问题,有助改进结构设计,提高振动台结构的合理性和可靠性。     

多轴随机振动试验控制技术研究

文章研究了多轴随机振动试验控制技术,详细阐述了系统传递函数辨识、驱动信号生成、控制修正算法等关键技术。介绍了自主研发的多轴随机振动控制系统的整体架构。利用该系统在三轴振动试验台上开展了多轴随机振动控制试验。试验结果表明采用的控制修正算法可行,控制效果良好,若干关键技术在多轴随机振动控制系统中的控制效果得到验证。     

机械式振动台结构设计及其波形复现性能测试研究

针对当前航空航天、电子工业等领域内中小型高精度振动台的工程需求日益增加,提出了一种基于计算机技术、嵌入式控制技术和电机控制技术的整套振动台设计方案。为了验证所设计的机械式振动台的波形复现是否满足振动台测试精度要求,以真实的地震加速度信号作为振动台的激励输入,对振动台关键模块进行性能测试试验,同时比较振动台在空载和负载两种不同工况状态下的波形复现精度。结果表明:各个模块的性能满足系统需要,在不同工况下的波形复现最大误差控制在0.15 mm～0.28 mm范围之内,波形跟随性良好,整个振动台系统架构设计合理,系统稳定可靠。该方案可为未来中小型振动台的设计和工程应用提供技术支持,具有一定工程实际应用意义和参考价值。     

多维虚拟振动试验系统设计及应用

虚拟振动试验能在产品设计阶段对其进行结构动力学分析和振动环境预评估,缩短产品研制周期,节省研制费用.本文完成了振动台机电耦合建模、刚体建模、试件有限元建模和闭环控制系统设计,建立了三维虚拟振动试验系统,开展了一维和三维正弦扫描虚拟振动试验技术研究.仿真结果表明：振动台机电耦合模型的频率特性与实际振动台的试验数据吻合;激振方向会对试件的加速度响应产生显著影响;与一维振动试验结果相比,多维虚拟振动试验不仅能明显提高故障激发效率,而且可以激发试件的高阶局部模态,使其高频段内的最大动应力曲线出现多个较高峰值且幅值增幅明显.     

400kN振动台虚拟试验仿真技术研究

文章从卫星工程结构动态试验的重要性出发,指出振动台试验的计算机仿真技术研究是当前研究的前沿课题,介绍了振动台虚拟试验技术研究的基本内容,包括有限元数学模型修改、台面控制振动台试验的计算机仿真技术的实现、200kN振动台空台试验的计算机仿真、400kN振动台空台试验的计算机仿真.     

多轴随机振动环境的疲劳损伤机理浅析

多轴随机振动试验能够同时激发结构在不同方向的模态,使动力响应表现出比单轴振动更为丰富的共振峰,因此对经受多轴振动环境的产品开展疲劳损伤机理分析很有必要。文章围绕多轴随机振动环境疲劳损伤机理的技术现状和发展趋势进行初步分析,调研多轴随机振动环境疲劳损伤机理的研究现状,为多轴振动试验及可靠性试验方法研究提供了理论依据;并为多轴振动系统的原理研究和相关试验设备的优化设计奠定了理论基础。     

捷联系统频率特性测试方法的研究

测试捷联—数字式姿态控制系统频率(动态)特性通常是把动力调谐陀螺置于高精度、宽频带角振动台上进行。本文提出一种在动力调谐陀螺伺服回路的校正网络输入端加电激励信号代替角振动台来测试姿态控制系统频率特性的方法。原理上讲,这种方法和用角振动台的方法是完全等效的,但由于取消了高精度、宽频带的角振动台,从而简化了测试设备,降低了测试设备的成本。     

40吨振动台虚拟试验仿真技术研究

从卫星工程结构动态试验的重要性，提出了振动台试验计算机虚拟仿真技术研究是当前研究的前沿课题。文中介绍了振动台虚拟试验技术研究的基本内容，侧重介绍有限元数学模型修改技术、方法，并详细阐述了台面控制振动台试验计算机仿真技术的实现方法，以及40吨振动台空台试验的计算机仿真分析和结果。     

应用谐振装置在电动振动台上实现高量级冲击响应谱的仿真研究

为提高电动振动台冲击响应谱试验的试验量级,应用有限元理论建立了电动振动台及附加的谐振装置的动力学模型,在此基础上开展冲击响应谱试验的仿真研究。通过研究振动台动态特性建立了冲击响应谱试验仿真方法,进一步研究了应用谐振装置在振动台上实现高量级冲击响应谱试验的可行性。研究结果表明:使用谐振装置可显著地提高电动振动台实现冲击响应谱试验的能力。     

典型细长体结构的两点激励振动试验设计

在传统的细长体结构的振动试验中,通常采用单一振动台,通过扩展台面连接、多点平均控制的方式开展试验,可能造成结构不同部位的过试验或欠试验;而采用多个振动台协同开展振动试验可以模拟细长体结构的多点载荷激励,可提高试验模拟的置信度。文章通过某典型细长体结构,分析了传统单点激励振动试验的问题,对该结构两点激励振动试验方案、夹具、控制等的设计情况进行了介绍,并给出了实际试验结果。研究结果可为开展类似细长体结构的两点激励振动试验提供参考。     

一种系统级多维振动试验技术

与传统一维振动试验相比,多维振动试验能更加真实地模拟实际振动环境,有利于暴露潜在缺陷。研究了一种采用4个振动台、分别从水平和垂直方向施加激励的系统级多维振动试验技术,并阐述了该试验系统的总体设计、机械解耦技术、多维振动控制技术和夹具设计技术。通过运用三维建模、动力学分析和优化设计等手段,自主研制了系统样机并开发了振动控制软件,在国内首次实现了4台电磁振动台两轴向的同时激励。对关键技术的验证试验表明,采用的各项技术满足试验需要,各项指标满足设计要求。     

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。     

液体火箭发动机三轴向虚拟振动试验技术研究

振动试验是液体火箭发动机结构可靠性评估和力学环境适应性验证的重要内容。相比单轴振动试验,三轴向振动试验能够更加真实地模拟产品的实际受力状态。开展三轴向虚拟振动试验研究,对于预示发动机动态响应,指导结构设计优化,以及研究修改单轴向振动试验输入谱以适用于三轴向振动试验都具有重要的研究价值。针对液体火箭发动机的振动问题,利用三轴向振动台的控制方法和有限元仿真技术,逆向构建了某三轴向振动台的虚拟振动试验系统。基于Patran有限元平台将某型号产品和振动台模型进行联合仿真动力学建模,以发动机正弦振动和随机振动试验条件作为动力学响应分析的载荷边界,利用Nastran进行三轴向振动问题求解。通过与实际的振动试验结果的对比和修正,获得精确的三轴向振动台和产品仿真模型、精确控制方法等,为液体火箭发动机结构振动响应预示、薄弱环节识别提供虚拟试验技术手段。     

多轴振动试验系统传递函数估计的数值仿真

文章应用频响矩阵建立了多轴振动系统输入输出之间的数学模型。通过数值仿真的方法,研究了多轴振动试验中传递函数估计的方法,针对不同激励信号组合、不同估计算法和使用多次平均技术情况下进行了数值模拟,并对结果进行了分析。可以为多轴振动试验控制系统的研究提供参考。     

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。     

基于多目标遗传算法的三轴振动夹具结构参数优化设计分析

通过建立三轴振动夹具优化设计数学模型,以影响夹具性能的结构尺寸为设计变量,以振动台尺寸约束和夹具质量要求为约束条件,采用SolidWorks和ANSYS Workbench协同仿真技术,基于多目标遗传算法实现了振动夹具的轻量化和一阶固有频率最大化。优化后的三轴振动夹具一阶固有频率提高了7.4%,同时夹具的质量减小了20.1%,证明文章所提出的协同仿真技术手段与优化设计方法可行、有效,可为其他同类产品的优化设计提供参考。