卫星承力筒结构的模态试验方法探讨

文章详细阐述了某型号卫星承力筒结构的模态试验设计及试验实施过程中所取得的实践经验。采用单点随机激励法、两点随机激励法、单点步进正弦扫描激励法均能得出较准确的航天器结构主频。较好的办法是:为获取大型航天器结构的一阶主频,可先采用单点随机激励法得出结构主频,然后采用单点步进正弦扫描激励法进行数据结果的验证;为获取大型航天器结构的高阶模态参数或结构阻尼系数,应采用两点或两点以上的模态试验激励方法,使激励输入能量平均且更接近于航天器结构实际受力工况。文章中对承力筒结构模态试验设计及方法的探讨对大型航天器的结构模态试验具有借鉴作用。     

国外承力筒与构架结构应用浅析

对国外几种典型的主承力筒式结构和主构架式结构进行了分析，阐明了各自的长处、短处，给出这种结构的有关示意图。强调了在卫星结构选型的具体问题作具体分析、具体结构具体选用的方法和观点。     

一体化、轻量化卫星承力筒的研究

承力筒是卫星结构的关键部件。文章首先介绍了一种轻量化的蜂窝夹层结构承力筒,一体化设计了柱段和锥段,优选了蒙皮铺层;随后详细阐述了承力筒的主要工艺流程,给出了制造结果;在通过模态试验、振动试验等验证后,该承力筒成功地应用于某卫星上。最后,文章给出了该承力筒研制成功的重要意义。     

随机基础激励下承力筒—蒙皮结构的声—固耦合分析

针对航天器承力筒—蒙皮典型结构,分别基于有限元—直接边界元法和有限元—间接边界元法建立仅考虑内/外声场和同时考虑内外声场的声—固耦合模型,开展典型结构在随机基础激励下的声—固耦合研究,并重点分析内外声场和声—固耦合效应对典型结构固有特性及动响应的影响。研究结果表明:考虑声—固耦合效应后结构振型未发生变化但固有频率降低,仅考虑单一声场效应时固有频率较同时考虑内外声场时升高;声—固耦合效应使结构的响应整体上降低,但在与激励方向平行的蒙皮处由于内声场的作用而增大;内声场对动响应的影响大于外声场。     

一种薄壁承力筒的分散加载静力试验方法

为避免承力筒静力试验时"过试验",需要研究承力筒单独试验时承受的载荷分布,使承力筒静力试验的受力状态与飞行状态下承力筒的受力状态尽可能相当。文章提出了一种分散加载承力筒静力试验方法,并以某卫星为例,将轴向载荷按实际情况分散加载到承力筒的上端框和中法兰上,使其既能满足加载要求,又不发生"过试验",通过计算分析和试验,表明分散加载的静力试验方法符合承力筒实际受力情况,验证了该试验方法的合理性和有效性,可为其他型号承力筒的静力试验提供参考。     

碳纤维承力筒一体化结构设计及试验验证

为了减小卫星结构质量并保持良好的力学传递性能,文章在不改变原中心承力筒构型和外部接口的情况下,对碳纤维T800H树脂基复合材料的桁条加筋承力筒进行了锥柱一体化的结构设计,包括:采用可行方向法优化了承力筒的尺寸,确定了蒙皮单层铺层厚度和铺层方式,对端框进行了一体化的设计,以及各部件采用胶接的方式。优化后的承力筒结构质量减小约52.4%。对该承力筒在整星状态下进行相应的力学分析,完成了承力筒静力试验和整星的振动试验,结果表明,该承力筒的结构性能满足使用要求。     

力限控制缓解“过试验”原理分析与试验验证

一般加速度控制的振动试验中,在产品的共振频率处存在"过试验"现象。文章通过对基础运动激励下试验件的结构响应进行分析,研究"过试验"产生的原因,说明在一阶共振频率处控制振动台作用于试验件的力可以解决过试验问题。并成功地进行了卫星承力筒力限控制振动试验,对力限控制的有效性进行了验证。     

姿轨控动力系统复合材料主承力结构的设计与试验

针对某液体姿轨控动力系统主承力结构选用铝、镁合金等金属材料难以达到减重设计的目的 ,选用碳纤维双马来酰亚胺树脂复合材料加工制造该主承力结构,从而实现在满足结构强度和适应温度环境要求的前提下,达到非常好的减少质量效果,进而实现航天器轻质化设计、提高航天器运载能力、增大有效载荷的目的 .根据主承力结构使用环境及功能要求,在...     

充液容器流固耦合模态仿真分析研究

主要介绍目前容器类流固耦合模态分析最常用的两种计算方法:声固耦合法及虚拟质量法。从理论上分别对这两种方法进行分析,并指出它们之间的联系与区别:虚拟质量法采用了声固耦合法在不可压缩流体情况下的形式,并有所改进,即流体的作用完全由虚拟质量阵来体现,而流体的虚拟质量阵则通过具有解析解性质的边界元法获得。最后,通过开口方槽干状态、湿状态的无阻尼模态仿真分析研究,揭示出流体对结构模态特性影响的变化规律,同时指出了两种方法(虚拟质量法、声固耦合法)对结构湿模态计算结果有规律性的差异:随着振动频率的升高,不仅容器内流体对结构模态特性的影响在减小,分析湿模态的两种方法所得到的计算结果之间的差别也在逐渐减小。     

基于相似度的卫星预复振试验结果评价方法

卫星大量振动试验结果表明,预振和复振响应普遍存在不同程度的差异现象(“预复振差异”)。针对该问题,工程上主要依靠设计师的经验分析进行故障定位,效率低、准确性差。基于此,文章首先提出了预复振响应的相似度分析方法,利用全频段相似度分析进行故障定位,进一步针对故障部位的响应进行分频段相似度分析,得到预复振差异频段,为设计师校核和改进结构提供量化的标准;然后,基于该方法建立了卫星振动试验结果评价的详细流程;最后,以某卫星承力筒为研究对象,设计了激振试验,分析结果表明：该方法可以实现卫星预复振试验结果的量化评估,提高产品研制效率。     

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。     

某发动机整机模态分析

为了获得某型号发动机的动态特性,采用有限元方法进行了发动机整机的模态分析。按照由组件到整机的思想,分别建立了各个组件的有限元模型。重点对推力室和喷管的建模方法进行了分析。将推力室按等效刚度法等效为单层壳,喷管按结构特性等效为正交各向异性壳,并将喷管计算结果同模态试验结果进行对比,验证了喷管建模方法的准确性。各组件模型组装为整机有限元模型,计算得到了整机的模态分布。数值计算结果同模态试验结果吻合较好。     

固体火箭发动机试验模态分析技术研究

将固体火箭发动机划分为144个自由度，采用锤击法，单点激励多点响应（SIMO）对其在4种工况下进行了频率响应的测量，应用了多种方法进行模态参数识别和数据拟合，并对其结果进行比较，获得了发动机在各工况1kHz以内的各阶固有频率、振型和阻尼，并对试验模态分析技术在固体火箭发动机试验中的应用进行了研究。     

某火箭发动机系统振动特性测试和仿真分析

从计算和试验两方面分别研究了某火箭一级发动机的振动特性。侧重介绍了模态试验和商业有限元软件在发动机振动特性快速分析中的具体应用,以及发动机三维有限元模型如何应用于全箭有限元梁模型。计算结果和试验结果吻合较好。     

固体火箭发动机模态分析的缩聚方法

对于一些复杂结构的模态分析，要得到能够指导工程设计的结果，几何模型和力学模型划分单元必须足够多，这必然耗费大量的空间和时间资源，并导致计算困难。文中以某上面级固体火箭发动机模态分析为例，利用有限元法、固定界面法和Guyan缩聚法进行自由度缩聚后再进行模态分析，分析结果令人满意。     

基于PolyMAX法的飞行器工作模态分析技术与应用

飞行器在大气中飞行时经历严酷的力热环境,结构动力学问题显著,而模态特性是分析这些问题的重要输入。传统地面模态试验很难准确模拟飞行环境,而工作模态分析技术能够得到飞行器实际飞行中的模态参数。文章首先简要介绍了工作模态分析技术的背景和发展现状,说明了PolyMAX法的基本原理,然后对飞行器飞行试验测量数据进行了处理和分析,采用PolyMAX法成功识别出该飞行器的模态参数,并进行了模态验证。     

基于正弦振动试验的航天器结构模态参数识别

文章基于正弦数据的特点,主要针对稳态正弦扫描时,扫描频率分布不均匀的情况研究了一种新的数据改进方法,即将所有频率的响应信息叠加在一起,对它重新采样得到新的时域数据。并利用该方法对某型号卫星进行模态参数识别,与模态试验相比,结果比较理想,从而实现了利用正弦振动试验的数据提取模态参数的目的。     

大型可展收支撑臂模态试验研究

大型可展收支撑臂具有低频、振动响应非线性的特性,文章对其模态试验进行了详细研究。通过有限元模型分析得到响应点和激励点的位置,采用不同的试验方法实施支撑臂的模态试验,对试验数据进行分析,得到支撑臂前6阶模态的固有频率、模态阻尼和模态振型。结合有限元方法对试验进行对比分析,表明试验结果可靠。该研究成果对太阳翼、展开天线等大型部件的模态试验也具有一定借鉴意义。     

小偏差分析法在冲压发动机直连模拟试验中的应用

依据某给定几何尺寸亚燃冲压发动机的结构和性能参数,通过简化冲压发动机数学模型,理论推导了发动机直连试验模拟参数与推力之间的关系。针对其典型试验状态和工作特性,采用小偏差分析法计算了不同模拟参数及其组合对发动机推力和空气流量的影响结果。在此基础上,重点分析了不同模拟参数对发动机调节、高度和速度特性的影响规律,说明了模拟方法的合理性。该分析方法对固体冲压和液体冲压发动机地面直连试验性能评估具有一定指导意义。