航天器设备动力学分析模型简化方法与应用

针对航天器设备因构成复杂引起的动力学分析模型建模困难问题,提出一种基于拓扑优化技术的有限元模型简化方法,以设备实测质量特性为约束条件,通过拓扑优化方法确定设备有限元模型可行设计空间中的材料分布,实现对结构刚度性能的模拟,获得满足动力学特性分析需要的简化的设备有限元模型。应用该方法创建了某星敏感器简化有限元模型,得到的星敏感器简化模型与产品实际质量、质心位置和转动惯量特性基本一致,并且前两阶频率分析值与试验值之间最大偏差约为30%。将该简化模型应用于其支撑结构的动态响应性能评估,两者组合体固有频率及加速度响应趋势的分析数据在450Hz以下的频率范围内与试验数据吻合较好,固有频率最大偏差约为39%。星敏感器简化模型的应用验证了基于拓扑优化技术的有限元模型简化建模方法的可行性,为航天器上复杂设备动力学分析有限元模型的简化建模提供了一种新的解决途径。     

NexGen燃烧器模型简化方法研究

用于开展防火试验的NexGen燃烧器结构复杂,采用数值模拟方法对其进行研究,建立几何模型时若能对其进行适当简化,能够大大提高计算效率和计算稳定性,达到事半功倍的效果.针对NexGen燃烧器的几何建模提出了两种模型简化的方法:功能分析法和结构分解法,并对这两种方法进行了阐述.结合实验数据说明了功能分析法的有效性,通过对比分析简化模型和未简化模型的计算结果,说明了结构分解法的有效性.结果说明在5％的置信区间内,两种简化方法都是合理的,能够用于后续研究,并且为复杂模型的简化提供了一种新的思路.     

Correlation analysis of PCB and comparison of test-analysis model reduction methods

The validity of correlation analysis between finite element model（FEM） and modal test data is strongly affected by three factors, i.e., quality of excitation and measurement points in modal test,FEM reduction methods, and correlation check techniques. A new criterion based on modified mode participation（MMP） for choosing the best excitation point is presented. Comparison between this new criterion and mode participation（MP） criterion is made by using Case 1 with a simple printed circuit board（PCB）. The result indicates that this new criterion produces better results. In Case 2, 35 measurement points are selected to perform modal test and correlation analysis while 9 selected in Case 3.System equivalent reduction expansion process（SEREP）, modal assurance criteria（MAC）, coordinate modal assurance criteria（CoMAC）, pseudo orthogonality check（POC） and coordinate orthogonality check（CORTHOG） are used to show the error introduced by modal test in Cases 2 and 3. Case 2 shows that additional errors which cannot be identified by using CoMAC can be found by using CORTHOG.In both Cases 2 and 3, Guyan reduction, improved reduced system（IRS） method, SEREP and Hybrid reduction are compared for accuracy and robustness. The results suggest that the quality of the reduction process is problem dependent. However, the IRS method is an improvement over the Guyan reduction, and the Hybrid reduction is an improvement over the SEREP reduction.     

平衡降阶方法及其进展

大系统模型降阶作为一个理论课题,自60年代末至今日益受到国内外广大控制界人士的关注,提出了大量模型降阶方法。然而,1981年,Moore提出的内平衡实现理论给模型降阶方法带来了一次变革,许多经典方法一旦与平衡理论结合起来,便形成了更加简洁、有效的降阶方法。本文综述了这一领域的现有文献,并指出了若干进一步研究的可能方向,为便于应用,本文还给出了每种典型方法的数字实现过程。     

基于体积准则的网格模型简化方法

 模型简化在虚拟现实、CAD/CAM、动态模拟等领域有着广泛的应用,本文提出一种基于体积准则删去网格模型顶点的新方法,此方法以顶点删除后的体积变化量作为顶点是否删除的判据.通过该方法生成的简化模型可较好地逼近原模型.由于体积准则具有明显的几何和工程意义,故简化模型既可作为显示模型,也可用作设计模型.在局部网格重构时,为提高网形质量采用了基于交换对角线的优化构网方法.本文还给出了实例以说明该方法的有效性.     

航空发动机转子系统动力学模型的可逆化简化方法

针对航空发动机高压转子系统动力学模型,给出了一种模型可逆化简化的方法.首先采用有限元法建立了较为精确的动力学模型,然后基于质心集中方法对该模型进行了不同程度的简化,分别得到了单跨双盘模型和单盘模型,并将其与原始模型进行了临界转速的对比.这是一种从结构特点将实际多盘转子简化成单盘转子的方法,它使得在考虑到支承等非线性因素后利用低维非线性动力学理论进行分析和参数优化成为可能.另一方面,研究了模型简化方法的可逆性,即基于质心位置及总质量最优的原则,由单跨双盘模型的圆盘结构参数反推了多级圆盘的等效内外半径、厚度、位置等参数,构建了新的工程结构模型,对比该模型和原始模型的前3阶临界转速,误差均在3%之内.这种由简化模型参数反推多级圆盘的方法,为由非线性动力学理论优化分析所得到的简化模型优化结构参数反推设计多级圆盘工程结构参数奠定了基础.      

飞行器闭环人—机特性确定方法

针对飞行器设计中的人－机系统分析问题，给出了一种飞行器人－机闭环系统特性确定的迭代优化方法。为了提高优化方法的数值稳定性和计算效率，通过先固定部分参数再求解其它待定参数，简化了非线性系统的优化问题。针对某型飞机，应用此方法进行了闭环仿真，结果表明，该方法可用来确定飞机尼尔－史密斯特性，也可以用于飞机稳定余度的确定。