某飞行器三角翼动力学有限元模型与试验数据相关分析原理及实现

试验数据和有限元数据相关分析修改有限元模型是工程界不断追求的技术,以解决模型简化存在的误差问题。目前存在着频率、振型、频响函数相关的几种方法,本文对试验数据和有限元分析数据相关的理论方法进行简要介绍,对CAE Calibrator软件的使用方法也进行了说明。并进行了某飞行器机翼的有限元模态计算和模态试验,着重用CAE Calibrator软件进行有限元分析模型与试验数据(频率和振型)相关性分析,修改了有限元模型,修改的设计变量合理,修改后的计算结果与试验结果(频率、振型)符合很好。     

获取约束边界结构有效模态质量的一种方法——广义模态约束反力法

在力限振动试验复杂TDFS方法研究中,提出了一种带约束边界结构有效模态质量的获取方法—广义模态约束反力法。针对具有约束边界的结构,从其整体分块动力学方程出发,对其进行了详细理论推导,获得由各阶模态频率及对应的广义约束反力来计算各阶有效模态质量的理论方法。最终通过一端约束的悬臂梁的有限元计算结果说明了该方法的有效性。     

虚拟质量法在运载火箭模态分析中的应用

针对液体燃料对火箭结构的模态影响,提出采用虚拟质量法进行模态分析。首先建立了一个贮箱模型,分析了液体对结构模态的影响;然后利用该方法对一个带有液体推进剂的助推器进行了模态分析,并与集中质量法计算结果进行了比较。计算结果显示,采用虚拟质量法计算时由于液体的存在结构的频率会降低,而且虚拟质量法和集中质量法在模拟液体推进剂对结构横向一阶频率的影响时有较好的一致性,结果证明虚拟质量法作为一种模态分析方法可以为设计人员提供参考。     

战术导弹结构动力学灵敏度分析研究

研究了战术导弹的结构动力学频率灵敏度、振型灵敏度分析技术。首先,给出了结构模态灵敏度分析的理论和计算公式。然后,给出了某型导弹的结构动力学分析有限元模型。最后,分析了战术导弹各连接面刚度对全弹振动频率和振型的灵敏度。研究发现处于结构振型波峰或者波谷的中部连接面的刚度对全弹模态影响较大。该方法为模型修正和结构设计提供了参考。     

三自由度超声电机定子的优化设计

研制了一种基于两个弯振模态和一个纵振模态 ,可分别绕 x,y,z轴转动的圆柱 -球体三自由度超声电机。从电机设计的角度讲 ,使电机的定子具有合适的工作模态是至关重要的。在通常情况下 ,人们往往采用试凑的办法来满足其工作模态的要求。但“试凑法”是经验性的 ,不仅耗时多 ,效率低 ,而且有可能得不到满意的结果。为此 ,本文建立了定子的优化设计数学模型 ,在 MATLAB环境下编写了相应的优化设计程序 ,并根据其优化设计结果 ,设计和制造了定子和电机的原型样机 ,其外径为 2 0 mm,长度为 67mm,重量为 1 5 7g。实验结果表明 :电机定子的模态频率和振型满足设计要求 ,并与优化结果相吻合。故本文提出的优化设计方法是可行和有效的 ,并可大大提高设计效率     

基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化

为了提高约束阻尼层结构动力学性能,针对约束阻尼板结构的约束阻尼层布局优化问题,采用变密度拓扑优化方法,以体积为约束函数、模态阻尼比为目标函数,研究了约束阻尼层的模态阻尼比的灵敏度,并对灵敏度的再分配进行滤波;引入MAC矩阵,对优化的模态振型进行跟踪,以保证对固定阶的模态进行优化.结果给出了约束阻尼层动力学性能的变密度拓扑优化设计方法,以及基于变密度方法约束阻尼层结构的最优拓扑构形,并与渐进法优化的结果进行对比.结果证明了该方法用于阻尼结构的优化设计具有很强的可行性,有一定的工程实用性.     

旋翼系统模态阻尼数值计算方法

首先基于Hamilton原理建立旋翼系统动力学模型,计算旋翼的振频和振型,然后对稳定悬停状态下的桨叶进行某阶模态的激励,并在旋翼重新达到稳定状态后停止激励,截取旋翼系统自由振动信号,用移动矩形窗法计算旋翼系统的模态阻尼.这种计算系统模态阻尼的数值方法能够对旋翼系统在不同工况下的各阶模态阻尼进行仿真,而且在仿真过程中可以根据桨叶振型将激励按相同相位施加于各自由度上,使桨叶只按该阶振型振动.使用该方法可以突破旋翼动力学试验中激振位置、激振频率与相位的限制,获得旋翼系统更全面的动力学特性.     

热环境下不同变量对功能梯度材料壳振动模态的影响

为推进功能梯度材料(FGM)在导弹热防护系统中的应用,旨在研究导弹体热防护壳在不同变量条件下振动模态的变化规律。在建立FGM圆柱壳动力学方程的基础上,借助FGM的热物性参数模型,通过数值计算探讨了陶瓷体积分数指数、热应力以及弹体厚度对FGM壳振动模态的影响。结果表明:陶瓷体积分数指数和热应力对弹体振型无明显影响,弹体振动频率变化是热物性参数变化和热应力变化综合作用的结果,陶瓷体积分数对振动频率影响不明显,弹体的振动频率随壳体厚度增加而增大。     

用固定界面模态综合法计算复杂组合体飞行器结构的固有频率和振型

本文讨论了用固定界面模态综合法计算复杂组合体飞行器结构的固有频率和振型的方法。所得结果与直接用有限元方法计算结果相比较极为相近。     

航天器帆板温度受火星热流的影响分析

火星热流对环火轨道航天器的太阳帆板温度有较大的影响。本文建立了火星反照率的数学模型,分析了火星红外辐射和反照热流变化时,太阳帆板在近火弧段和远火弧段阴影期各自的温度变化规律。研究表明,在不同的轨道高度下,火星红外辐射和反照热流对帆板的影响各不相同,存在一个帆板温度受较大影响的临界轨道高度。当轨道高度小于此临界轨道高度,火星红外辐射和反照热流对帆板温度场的影响极大,不能忽略;当轨道高度大于此临界轨道高度,火星红外辐射和反照热流对帆板温度场的影响有限,可以忽略,为后续火星探测提供了一定的参考。     

光伏阵列风荷载干扰效应风洞试验研究

风荷载是光伏板设计的主要荷载,对于大面积光伏阵列,其风致干扰效应明显,风荷载取值需要进一步研究明确.本文采用刚性模型测压风洞试验研究了光伏板体型系数干扰效应.通过改变倾角、风向角和光伏板的组数,研究了阵列中干扰效应对光伏板风荷载取值的影响.结果表明:当光伏板面迎风或者背风时,出现最大正压或负压;上游光伏板对下游光伏板存...     

大型空间桁架结构热分析的有限元方法

本文对太阳电池阵中央桁架系统进行了热流和温度计算。根据传热学理论建立了瞬态热平衡方程。应用有限元法对热平衡方程进行了求解。对热流和温度场的计算结果做了详细讨论,从中经了若干结论,这些结论 对工程设计具有一定的参考价值。     

冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。     

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在 Abaqus 有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。     

智能结构及其在空间飞行器中的应用

介绍了作为近年来国际上研究热点之一的智能结构的概念、原理、分析方法、及主要应用情况。从技术应用的角度，提出当前国内在空间飞行器结构设计应用中应该重点发展的几项关键技术，最后给出了一个具体的实例，一种集成有位移传感器和力致动器的低电压压电主动(智能)单元结构，用这种主动结构来实现空间精密分段反射镜的低量级振动及形状控制。     

一类约束阻尼结构动力学建模及其应用

结构系统的劝控制是改善航天器动态特性的重要途径，本文分析了利用约束阻尼结构进行了振动抑制的基本方法，讨论了约束阻尼结构的动力学特性和有限元模型，作为应用实例，本文将约束阻尼结构应用于某大型航天结构，对比附经前后结构的试验莫大记结果，作为一种被动振动控制方法，对航天结构抑制是有效和可行的。     

一种基于纵弯模态复合的新型两自由度直线超声电机的研究

提出了一种基于两个弯曲振动模态与一个纵向振动模态复合的新型两自由度直线超声电机。介绍了这种电机的结构特点。阐述了电机实现两个自由度直线运动的原理，并从理论上证明了电机驱动点的运动轨迹为椭圆运动。在此基础上，利用有限元方法设计了电机，并制造了原理性样机。利用PSV-300F多普勒激光测振仪对电机的工作模态进行了测试，实验结果表明，电机的工作振型和工作频率等均满足设计要求。电机的试运行表明了其工作原理和设计结果的正确性，并给出了电机的输出性能。最后指出了该样机存在的问题和改进措施。     

Working Mechanism of a Kind of Non-resonant Linear Piezoelectric Motor with Flexible Driving End

A non-resonant piezoelectric linear motor with a flexible driving end,which has an extensive working frequency range and good operation stability,is studied theoretically and experimentally.Based on the microscopic vibration characteristics of the motor stator,the longitudinal vibration model is established for the whole motor system.According to the Coulomb friction model and the motor vibration model,the friction mechanism of the nonresonant piezoelectric linear motor is investigated by dynamical analysis of the whole motor system.Furthermore,the vibration characteristics and mechanical output characteristics of the stator are simulated and experimentally studied on the basis of the friction drive mechanism model.Finally,both the simulation and experimental results show that this kind of motor remain stable in the frequency domain from 2.2 kHz to 3.5 kHz and that when the pre-stress is 4 Nand the driving voltage is 90 V,the maximum velocity of the motor is above 4 mm/s and the maximum thrust is nearly 0.5 N.     

航天器宽带随机振动响应分析

简要概述了航天器宽带随机振动试验和分析的必要性以及国内外预示技术的发展与现状；然后以某卫星为例，利用有限元方法和统计能量分析（SEA）对整星的宽带随机振动学环境进行了预示，经过与试验结果的对比，验证了上述方法的可行性。     

高超声速飞行器脉冲风洞测力系统研究

吸气式高超声速飞行器具有各系统高度耦合的特点,现阶段的主要研究手段是在脉冲燃烧风洞中开展一体化飞行器带动力试验。针对脉冲燃烧风洞的特点,发展了一体化飞行器风洞试验快速测力方法。对试验模型和天平组成的测力系统进行了建模,获得了测力系统结构设计准则;采用数值仿真和锤击法获得了测力系统的模态,对试验过程中模型振动信号进行分析研究。结果表明:测力系统的振动频率满足测力要求,且其振动形式与锤击法测定模态一致。在脉冲燃烧风洞中开展的飞行器带动力试验结果表明:测力系统满足脉冲燃烧风洞测力要求,能够获得大尺度高超声速一体化飞行器气动力载荷,且满足精度要求,证明了在脉冲燃烧风洞中开展大尺度高超声速一体化飞行器技术研究的可行性。