自由-自由结构模态参数提取方法研究

从约束试验数据提取自由-自由结构模态参数是试验模态分析领域中的一个重要课题。从多自由度系统特征方程出发，阐述了适合于不同约束条件（弹性和刚性）的两类自由-自由结构模态参数提取方法的基本理论，旨在比较它们的可行性及适用范围。以-悬臂梁结构为基本算例对两种算法进行了深入的数值模拟研究，对模拟结果进行了比较分析。结果表明，两类方法在不同的约束条件下各有优点，存在各自的适用范围，是获取大型航空航天结构整体动态特性的有效途径。     

航天器微振动工装动力学特性 仿真分析与试验验证

微振动试验中为了模拟航天器的在轨自由边界,需要建立具备大承载低刚度的试验工装。文章提出一种简化的航天器与微振动工装组合体模型,引入考虑初始变形的模态分析理论对组合体模态频率特性进行仿真分析,并将某型号卫星微振动试验工装设计指标与试验测试指标进行对比。结果表明:用简化后的组合体模型计算得到的准刚体模态频率与实测值相近,简化模型提供的第六阶频率计算误差仅为0.3%,从而验证了分析模型与校核方法的有效性。     

采用系统模态时柔性航天器的混合坐标动力学方程

首先建立了采用任意浮动参考架时的柔性航天器动力学方程,然后选择连体坐标系为浮动参考架,解所得到的动力学方程的特征值问题,得到整个航天器系统的系统模态。通过模态变换,得到用连体系刚体位移和系统模态坐标表示的混合坐标航天器动力学方程。与通常采用部件模态得到的混合坐标动力学方程不同,这时动力学方程中刚体运动和弹性运动已无惯性耦合。同时也和采用系统自由弹性模态不同,这时刚体坐标直接反映航天器刚体运动。论文最后给出了两个算例。     

基于模态法L形工装结构冲击动力学仿真分析

L形工装常用来转接被试结构以实现不同方向的冲击试验。首先通过模态试验获取L形工装固定于振动台状态下的模态频率、模态振型及模态阻尼比,然后建立、修正L形工装有限元动力学模型。在此基础上,采用模态法对L形工装进行冲击响应谱试验的仿真模拟,并根据仿真结果与试验数据的差异对模态阻尼比作进一步的调整。从调整后模型冲击环境下的加速度响应计算值与试验值的对比结果来看:修正后的L形工装动力学模型可以正确预示冲击响应谱试验的响应。最后,通过对在不同位置安装有被试结构的L形工装进行冲击仿真分析,得到结论如下:为避免过试验或欠试验,保证被试结构所承受的冲击响应谱与试验条件一致,建议把控制点移到被试结构安装处。     

有限元分析方法在振动工装设计中的应用

主要提出了惯导系统振动工装设计方法,使用UG软件建立振动工装的三维模型,运用有限元分析方法,对振动工装进行了模态分析,根据分析结果对振动工装进行了优化和改进设计。     

一种改进的Kron形式子结构模态综合法

基于Kron形式子结构方法提出一种近似自由界面子结构模态综合法(Component modal synthesis,CMS)。为提高求解精度,在不提高缩减系统特征方程阶数的情况下,将自由界面剩余附着模态的惯性贡献引入了Kron形式CMS方法。同时,对广义坐标按照频域贡献进行了凝聚,以降低最终缩减模型的维数。数值算例的结果表明,当截断准则相同时,该方法计算量与传统的基于静态近似的CMS方法基本一致,但求解精度显著提高,因此计算效率更高。     

大型太阳电池阵模态试验方法

在大型太阳电池阵的研制阶段,需要进行大量模态试验以掌握结构的固有动态特性,进而指导设计和修正有限元模型。文章以大型太阳电池阵为研究对象,分别采用气浮方式和悬挂方式模拟自由边界条件,使用预紧力释放、MB大推力激振器和APS大位移激振器3种激励方法对其进行试验,并对各种模态试验方法所获取的试验结果进行了分析比较。研究表明:采用悬挂方式比采用气浮方式所测得的太阳电池阵侧摆频率更为准确;获取太阳电池阵模态参数行之有效的方法是先采用预紧力释放法得到固有频率,然后采用APS激振器激励方法得到振型;激振器激振杆横向刚度选择不当会影响模态测试结果,需选用横向刚度较小的柔性激振杆。     

太阳翼不同转角的卫星在轨模态频率计算方法

卫星挠性振动频率会随着太阳翼的转动发生变化,在卫星动力学频率规划设计时尤其需要考虑到,以避免发生耦合振动。文章针对具有太阳翼的卫星,研究了太阳翼转动时由于星体构型变化对卫星模态频率产生的影响。通过建立卫星动力学混合坐标方程,推演出卫星结构动力学特征方程,在太阳翼转到不同角度时对卫星系统模态进行解算,从而获得一种具有太阳翼的遥感卫星系统模态计算方法。以某遥感卫星为背景进行了在轨模态计算,并与该卫星陀螺姿态角速度遥测数据对比,误差小于10%,验证了在轨模态计算方法的准确性。     

电动振动台水平滑台正交方向响应分析及加强台面的设计

针对电动振动台进行整星水平振动试验时垂直方向响应过大这一普遍存在的问题,文章提出了通过设计具有加强筋的加强台面提高滑台抗弯模量,抑制响应。通过有限元方法分析了安装加强台面后对水平滑台、水平滑台与振动花盆组成的振动工装系统、考虑卫星质量影响的振动工装系统等三种工况下模态振型的变化,说明抗弯模量有明显提高。     

自由—自由结构振动模态的一阶导数

空间飞行器和车辆等一大类结构属于自由—自由结构。本文讨论这类结构的振动模态－阶导数计算问题，提出了一种改进的截尾模态展开法，将未知模态对模态导数的贡献用已知模态和系统矩来表达。针对刚度阵奇异问题，提出了移位措施，通过选择的移位系数，不仅解决了奇异问题，而且加速了算法的收敛速度。给出了一个数值例子，算例表明本文方法十分有效。     

防空导弹翼面弹性支承边界参数识别

利用系统可测自由度上获得的不完全模态来识别尾翼的边界支承参数。直接由特征方程出发求解边界的未知位移和内力，借此计算边界动刚度，同时对带有一定误差的已知试验模态进行叠代修正，然后通过最小二乘法求解边界的支承刚度和附加质量。本文方法简捷。精度和效率都较高。在防空导弹及其他相关领域都有一定的应用价值。     

翼面弹性支承边界参数识别方法的改进

提出了一种通过特征方程反问题识别翼面弹性支承边界参数的改进方法。新方法以动柔度矩阵特征方程为基础建立以边界内力为未知数的方程，由模态叠加法对可测自由度上不完全的振型拟合获取不可测自由度的振型，从而避免了压缩，又能减少对计算机内存贮量的需求。     

应用结构动力学模型进行弹翼静强度计算

以模态试验结果为基础，根据特征方程反问题的直接方法对结构界面的连接刚度作参数辨识，得到结构的连接界面边界条件，建立超准确的结构动力学模型，利用该模型进行结构静强度计算，可以得到比传统静强度计算更加合理的结果。讨论了某型导弹弹翼的强度计算，说明该方法是可行和有效的。     

电路板工装结构设计及其振动传递特性研究

针对印制电路板环境应力筛选试验要求,为减小夹具对试验结果的影响,提出以电路板尺寸、筛选效率以及固有频率等为约束的电路板工装设计优化方法,并以某型电路板为例进行电路板工装设计与迭代优化;继而开展模态仿真分析验证了工装设计的有效性;研究设计工装振动特性并固化电路板环境应力筛选测试方案,采用设计工装及固化方案完成电路板随机振动环境应力筛选试验。结果表明:所设计工装的一阶固有频率高于试验规定频率上限,满足工装夹具刚度特性要求。通过合理装夹和调整传感器布局等可使得电路板安装位置加速度功率谱密度曲线及均方根值满足GJB 1032A相关要求。     

柔性航天器自由飞行状态系统基频的估算方法

首先分别采用部件模态和系统模态建立柔性航天器在轨运行状态下的动力学方程；重点推导了航天器系统模态与其部件模态之间的模态恒等式，得到了由部件模态计算系统模态频率的一般公式；然后结合目前航天器的常见构型，对一般公式进行合理简化，得到了估算航天器系统基频的简化公式；最后给出了简化公式的工程应用算例。     

舵面-液压伺服机构连接刚度参数辨识

应用特征方程反问题的直接方法对舵面－液压伺服机构连接刚度参数进行了辨识。方法以动柔度矩阵特征方程为基础，通过界面位移求解界面内力，并由模态迭加法通过舵面上可测自由度振型，拟合扩充机构内部的不可测自由度振型，然后由界面位移和内力确定连接部位的刚度参数，对某导弹舵面－液压伺服机构建模，并辨识相应界面的连接参数，结果表明，该方法简便且精度高，为舵面－液压伺服机构的动力学建模和分析提供了有效方法。     

反馈系统中PID控制器特性分析

PID控制器自发明以来,被广泛应用于工业控制领域,但必须针对被控对象选择合适的参数,才能使闭环反馈系统获得良好的瞬态和稳态特性。文章分析了PID控制器参数对系统特征方程根的影响,指出调整PID参数可以确定系统特征方程的极点,使系统获得满意的闭环特性;并用仿真结果证明了PID控制器可使具有延时、积分特性的被控对象得到良好的特性。     

承力筒模态分析与测试

对卫星的关键主承力结构——承力筒进行模态分析与测试是了解其结构特性的重要手段。文章采用悬挂法和固支法对某卫星用两种结构设计的承力筒进行了模态分析与测试,并对比分析了这两种方法对分析与测试结果的影响,最终确定了承力筒的模态特性。模态试验属于有效性确认试验,应根据具体的试验对象,慎重选择合理的试验方法。     

带多充液圆柱贮箱航天器刚-液耦合动力学研究

文中以在低重环境下带多充液圆柱贮箱刚性航天器中刚-液耦合方程的建立和求解为主要研究目的。推导航天器中充液圆柱贮箱内任意点的牵连运动方程,根据壁面边界条件给出了贮箱内液体牵连晃动势的表达式;利用第二类边界条件下的傅立叶-贝塞尔级数展开法对低重力环境下的弯曲自由液面处的复杂动力学边界条件进行处理,建立以液体相对晃动势的模态坐标和晃动波高的模态坐标为状态向量的液体耦合晃动力学方程,通过积分分别得到了耦合晃动力和耦合晃动力矩的解析式;运用准坐标系下的拉格朗日方程建立以航天器主刚体姿态坐标和轨道坐标为状态向量的刚体耦合运动动力学方程,进一步联立上述耦合方程得到航天器整体系统的刚-液耦合动力学状态方程;最后,编制出适用于带多充液圆柱贮箱航天器内刚-液耦合动力学计算的模块化计算程序,通过计算实例验证所编程序的准确性的同时,研究了携带多充液箱航天器系统贮箱布局、外激励方式对航天器刚-液耦合系统动力学特性的影响。     

卫星电推进系统力学环境试验工装设计

研究了一种卫星电推进系统进行力学环境试验的工装设计方法,进行了工装结构建模、结构强度与试验载荷的分析以及建立在仿真计算结果上的结构优化设计,并通过试验验证了该项设计的合理性。