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。     

基于相关性理论的空间遥感器结构模型修正

基于相关性理论建模方法,对空间遥感器进行仿真模态和试验模态的相关性分析。并通过关键参数的灵敏度分析和优化,实现了对遥感器有限元模型的修正。验证了相关性理论应用在遥感器结构动力学模型修正方面的可行性。     

基于神经网络的非线性结构有限元模型修正研究

现有的动态有限元模型修正方法几乎都是建立在线性假设基础之上，修正中利用固有频率等线性系统特征量。工程中，真实的结构振动系统都是非线性的。虽然在许多情况下，线性化假设获得的结果能够较为准确地反映真实系统的特性。但是，在结构的非线性特征较为明显时，必须考虑非线性因素，这时，现有的模型修正方法将不再适用。现以非线性梁为研究对象，采用基于神经网络的修正方法探索了非线性结构的有限元模型修正问题。仿真研究中利用有限元分析的响应数据训练神经网络。修正结果表明，包括非线性弹簧刚度系数在内的三个设计参数修正后误差均在1％以内。说明基于神经网络的有限元模型修正方法适用于解决非线性结构的有限元模型修正问题。     

改进模拟退火算法的喷管动力学模型修正

为获得液体火箭发动机喷管高精度的结构动力学有限元模型，提出一种基于改进模拟退火算法（Improved Simulation Annealing Algorithm，ISAA）的有限元模型修正方法。首先，将复杂的薄壁夹层板喷管等效为复合材料层合壳，建立喷管的参数化有限元模型；在此基础上，以结构模态参数为参考基，构造出联合使用模态频率及模态振型的目标函数，并运用灵敏度分析提取设计变量，从而建立其优化模型；提出带记忆、局部搜索功能的改进模拟退火算法，运用ISAA在设计空间进行多目标全局寻优；最后，采用基于MSC Patran/Nastran软件平台二次开发的结构动力学模型修正软件ZDXZ V1.0进行模型修正，并对模型修正方法的有效性进行了校验。结果表明，修正后喷管的前3阶计算模态频率与试验值相对误差小于2%，振型相关性最小MAC值大于0.9，大大提升了喷管模型的动力学符合性，模型精度满足工程应用要求；表明所述模型修正策略的有效性，该方法具有高效、强鲁棒性等特点，适合于大型复杂结构的模型修正。     

一种梁板复合结构的设计

对某卫星主结构中应用的一种新型的复合材料结构形式——梁板复合结构进行了设计、分析与试验。首先通过整星分析,设计了梁板复合结构,并为其设计了试验件进行研制试验。同时,利用有限元软件PATRAN和NASTRAN建立了三种模型:二维板壳模型、三维板壳模型和三维实体模型,通过比较试验结果与分析结果,修正了分析模型,并找出了合理的分析方法。试验结果表明,设计的梁板复合结构满足了既定的强度要求。     

200 kN振动台动圈建模与仿真分析

文章利用Solidworks软件及Cosmosworks软件针对200 kN振动台动圈进行了建模和有限元模态分析,通过模态试验对模型进行了修正,并以修正后的模型为基础进行了动态响应仿真分析,得到了传递函数和响应曲线,计算出1 g加速度控制条件下的驱动力谱,并运用该力谱模拟了正弦扫频试验,得到的控制点响应曲线与实际情况较为吻合。     

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。     

基于超梁降阶模型的复杂梁式结构动力学模型修正及确认

提出了一种基于超梁降阶模型的复杂梁式结构动力学模型修正技术。依据超梁降阶模型理论,并考虑可能的修正参数,将复杂梁式结构降阶为具有较高计算精度的超梁降阶模型;而后,利用基于灵敏度分析及优化算法的模型修正技术,并根据模态测试数据对模型参数进行修正,获得能够准确反映实际结构动力学特征的修正模型。最后,通过多种动力问题分析对修正模型进行评估,并与实际结构的响应结果进行对比。以典型蒙皮加筋圆柱壳为例实现这一过程。结果表明,所提出的模型修正方法具有可行性和较高的计算效率。     

风洞模型支撑机构有限元模型修正与确认

风洞模型支撑机构有限元建模对预测风洞试验中的结构动力学响应至关重要。然而采用模态试验修正有限元模型需要多轮迭代优化,随着修正参数的增多,数值优化耗时将呈指数化增长。为解决上述问题,联合ABAQUS、MATLAB搭建iSIGHT结构有限元模型修正平台,基于此平台开展某模型支撑机构有限元动力学模型修正,根据试验设计变量对响应的贡献量,筛选灵敏度较高的修正变量;构建前4阶频率差和振型相关性为多目标函数,使用近似建模得到修正变量和目标函数的响应面模型,采用多目标优化方法NSGA-II开展模型修正;修正后的模型前4阶频率差均在10%以内,振型相关性均大于0.8。对修正模型开展动力学响应确认,使用结构模态动力学响应与锤击试验响应作对比,结果显示,修正模型满足工程需求,可用作下一步复杂载荷作用下的结构动力学响应预测。     

卫星结构基础加速度激励及界面力识别试验研究

针对某卫星结构模型,开展基于实测卫星结构加速度的卫星基础激励和星-箭连接界面动载荷反演试验研究.首先,根据卫星结构和试验条件,设计了用于测量星-箭界面传递载荷的工装;其次,基于卫星结构模态试验和有限元模型修正技术,获取了卫星结构的高保真有限元模型;进一步,开展基础激励下的卫星结构模型振动试验,利用动载荷识别技术获取振动...     

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。     

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。     

动力学缩聚模型修正的矩阵逼近法

为避免结构动力学分析中修正有限元模型时的大型稠密矩阵运算,研究了一种用基于矩阵逼近的有限元缩聚模型修正法。根据有限元模型的缩聚和修正,给出了试验模态的扩阶、物理模态到广义模态的映射和矩阵逼近,并讨论了结构存在重频时模态的相关性。算例表明,该法可行。     

基于粒子群优化算法的整星有限元模型修正方法

文章介绍了一种基于粒子群优化算法的整星有限元模型修正方法,首先对整星进行了有限元建模和模态分析,并将试验和分析结果进行了相关性分析,然后引入粒子群优化算法对整星有限元模型进行修正,提高了模型分析和预示精度,为整星级有限元模型修正提供了一种新的手段。     

基于优化的蜂窝板有限元模型修正

蜂窝板具有较高的比强度和比刚度,在航空航天领域得到广泛应用。用三明治等效方法计算蜂窝板等效材料参数,在MSC.Patran中建立有限元模型计算蜂窝板基频,通过分析设计变量和目标函数在NASTRAN中对蜂窝板基频进行优化,利用优化结果确定等效剪切弹性模量计算公式中修正系数γ并重新计算修正后模型基频,以试验所测基频值为标准对蜂窝板有限元模型进行修正。修正后模型计算基频值与实测值之间的偏差明显减小,证实了模型修正的有效性。     

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。     

大型复杂航天器结构有限元模型的验证策略研究

大型复杂航天器结构有限元模型的合理性和准确性在航天器研制过程中具有重要意义, 它是开展星箭耦合分析以及力学环境条件设计等工作的基础。首先综合有限元建模、模 态试验、相关分析和模型修正等技术构造了一套系统的航天器结构有限元模型试验验证策略 ;然后,针对我国新一代大型卫星平台——东方红四号卫星开展了整星有限元模型的试验 验证研究,其中整星模态试验以及模型修正等研究工作属首次在东方红四号卫星平台上成功 实施。修正后有限元模型对整星主模态频率预测误差小于5％,模态置信准则大于0.6,预 示精度达到工程要求。
     

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。     

有限元分析方法在结构设计中的应用

有限元分析方法随着计算机技术的发展，已经广泛应用于现代工业的各个领域。DesignSpace6．0有限元分析软件是ANSYS有限元分析软件一个结构分析模块。通过实例，介绍了DesignSpace6．0有限元分析软件导入PROE三维模型，对模型进行网格划分，加栽模拟实际栽荷工况，对模型结构进行强度与刚度分析，根据有限元分析结果对模型结构进行改进和优化设计。