粘弹性约束阻尼在空间大口径反射镜上的应用研究

针对空间三点两脚架(Bipod)支撑大口径反射镜组件在发射阶段振动响应过大,容易导致结构强度破坏的问题,文章研究了利用粘弹性约束阻尼技术对其进行减振设计的方法。约束阻尼技术能够在不改变原有结构构型的前提下,有效降低结构的共振响应。首先,建立了反射镜组件的有限元模型,分析了反射镜组件模态应变能分布规律,确定了Bipod支撑结构的柔性环节为约束阻尼的铺敷位置。然后,通过有限元法分析比较了不同约束层材料以及约束层和阻尼层厚度对结构减振效果的影响,为粘弹性约束阻尼减振技术在大口径反射镜组件上的实际应用提供了参考。     

共固化粘弹性复合材料的结构多目标进化优化设计

共固化粘弹性复合材料结构兼具结构承载和阻尼减振能力,设计时需同时考虑强度、刚度、质量和阻尼性能等指标要求,且设计变量众多,因此传统的设计方法难以实现结构的优化设计。本文建立了共固化粘弹性复合材料结构的多目标优化模型,优化目标为结构质量最小化和模态损耗因子最大化,设计变量包括铺层厚度、方向角和阻尼层厚度,并考虑结构动刚度的约束条件。阻尼结构的分析采用基于有限元法的模态应变能法,进化优化采用改进的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-II)。最后的优化算例表明将多目标遗传算法应用于共固化粘弹性复合材料结构阻尼/结构一体化设计的可行性。     

某天线支承筒阻尼减振设计与分析

为减小某卫星天线支承筒的振动,根据阻尼减振原理,采用约束阻尼层方法进行减振处理。以ZN-1丁基橡胶为粘性阻尼材料,T700S层合板为约束层,在约束层厚0.4 mm,铺层数为4的条件下,设计了三种不同铺层角的减振方案。有限元计算结果表明,在天线支承筒上附加约束阻尼层可明显降低支承筒指定点处的频率响应。在给定条件下,给出的三种方案均满足工程要求,其中以铺层角45°/-45°/0°/90°方案的效果最佳。     

碳纤维支架振动抑制方法研究

对某卫星的碳纤维支架振动抑制方法进行了研究。讨论了约束阻尼减振方案离散约束层和离散阻尼层的影响,分析了不同状态的结果;结构修改采用加强板改进方案,分析了5种工况的影响;内部填充减振材料方案在支架的撑杆内部填充聚氨酯减振材料,分析了聚氨酯材料的弹性模量和损耗因子等参数对结构特性的影响。综合比较了不同方案的优缺点,认为该支架应在原约束阻尼方案的基础上,采用增加加强板1圈的改进方案。     

航天器仪器安装板附加约束阻尼层设计与振动抑制验证

针对某航天器仪器安装板在噪声载荷作用下振动响应过大的情况,提出采取附加约束阻尼层的振动抑制措施。文章首先介绍约束阻尼层的应用情况,简要说明了约束阻尼层减振的原理;随后以航天器典型仪器安装板为研究对象,通过对比同等噪声载荷下约束阻尼层附加前、后仪器安装板上的振动响应,分析了振动抑制情况。结果显示,仪器安装板附加约束阻尼层后,仪器设备安装处随机振动均方根加速度平均降低1.56 d B(16.4%)。     

整星阻尼减振方案及试验结果分析

为改善整星振动环境,研究了在星箭转接锥附加约束阻尼层(CLD)提高整星阻尼的可行性.用有限元方法计算和优选约束阻尼层减振方案,并根据结构特点,综合考虑阻尼增量和附加质量,获得了合理的约束阻尼减振方案.在结构星上进行了振动试验以验证方案的整星减振效果.分析和试验结果表明:此约束阻尼层减振方案有一定的减振效果,可靠性高,且不改变卫星原技术状态.另发现,采用的试验方法和结构星本身因素可能影响整星阻尼减振的减振效果评价.     

基于有限元--离散元耦合的粒子阻尼减振研究

在侧挂构型发射任务中,中心承力筒与卫星直接连接,其动力学特性对卫星的振动响应有直接影响。首先分析中心承力筒的模态特性,据此完成粒子阻尼器的结构参数设计。随后,使用有限元--离散元耦合仿真方法,确定了阻尼器填充粒子的最佳直径和阻尼器最佳安装位置。仿真结果表明,该方案下星箭界面减振效果可达40%。最后,使用最优粒子阻尼参数开展水平激励实验。实验结果表明,与未安装粒子阻尼器相比,中心承力筒+粒子阻尼器组合体的减振效果可达35%以上,与仿真结果一致。     

激光捷联惯导减振系统设计与应用

针对激光陀螺捷联惯导系统在地面动态导航测试中圆概率误差偏大的现象,要求给激光陀螺捷联惯导系统设计出性能优良的减振系统。分析激光惯导的振动模型,结合对比原有惯导减振系统提出双层减振。在对双层减振系统的分析中,把整个安装支架作为减振系统的一部分,充分考虑弹载设备的可安装性,应用有限元法设计出动态性能良好的安装支架和减振器来改善减振效果。通过地面大量振动试验的验证以及反复对支架和减振器参数的优化设计,使得新构建的减振系统的谐振频率避开激光陀螺的机抖频率以及其它需要减振的频率段,减振效果达到了预期的设计要求,可以在飞行器上使用。     

复合型阻尼金属板性能及减振试验研究

讨论了复合型阻尼金属板减振降噪的基本原理和该类材料的主要性能。介绍了二阻尼芯层复合型阻尼钢板、五阻尼芯层复合型阻尼钢板和45~*钢板等5种材料以试样件形式作随机振动试验情况,给出了这5种材料的响应曲线,并对曲线进行了分析。分析结果表明,复合型阻尼钢板控制振动的效果明显,功率谱衰减的量级都在4dB左右。     

星箭界面整星隔振设计及减振效果验证

星箭界面减振设计对改善卫星发射时的动力学环境具有重要意义。文章设计串联式磁流变阻尼隔振平台和并联式黏滞阻尼隔振平台,并对这2种隔振平台基于某中型卫星模型开展整星系统级隔振性能的工程试验研究,通过减振特性对比分析评估它们的减振效果。结果显示:串联式磁流变阻尼隔振平台3方向减振效果均较好,质量控制满足设计要求,但会改变系统固有频率;并联式黏滞阻尼隔振平台对系统结构质量和固有频率的影响均较小,x向减振效果较好,但y向、z向减振效果不理想,须进一步优化系统参数。研究结果可为整星隔振的实际工程应用提供依据。     

优化方法在电子学支架模型修正中的应用

文章针对电子设备支架的动力学建模中由于简化及人为引入阻尼造成的模型误差问题,开展了基于随机振动试验数据的模型修正工作。采用参数优化方法建立了支架随机振动响应修正的数学模型。用ANSYS参数化设计语言(APDL)对该问题进行了优化求解,修正后的模型能够满足工程应用要求。     

某型卫星有效载荷支架振动抑制

某型号卫星的有效载荷支架结构在验收级振动试验时振动超标。在对结构不做大的修改的前提下，采用约束阻尼层用对原结构进行处理。对不同的约束阻尼层方案采用有限元方法进行计算，综合考虑各种影响因素，如阻尼比和附加质量等，得到合理的约束阻尼减振方案，并在结构星上进行试验，确定最终实施方案。实施方案后，正样星在0．1g振动条件下，最大振动幅值下降了22．3％，保证了卫星的顺利发射。该卫星已经成功发射，并且在轨运行正常。该问题的成功解决和解决问题的方法与过程为今后解决类似问题提供了经验。     

卫星肼瓶系统减振优化设计

由于布局和安装条件的限制,某卫星肼瓶支架采用了“十”字型截面设计,这导致在发射过程中某方向肼瓶振动幅度过大,发生较大变形甚至断裂破坏。为减小肼瓶系统的过度振动,采用结构优化方法进行了减振动力学设计。考虑以下方案:1)固有频率约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;2)频率响应约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;3)以频率响应极小化为目标函数的肼瓶系统尺寸优化;4)频率响应约束下阻尼材料拓扑布局优化,以肼瓶系统重量为目标函数。对优化模型1)~3)进行直接线性化处理,采用序列二次规划方法求解。在阻尼材料拓扑布局优化中,采用了作者提出的基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则。综合比较上述方案优化效果,阻尼拓扑布局优化设计的减振效果是最佳的。文中对动力响应优化设计问题的优化模型选取也进行了探讨。     

基于FE-SEA方法的航天器含支架组件噪声分析

安装在支架上的航天器设备的随机环境条件的制定一般是以经验为基础,并通过试验结果修正,而对于全新构型的航天器,其设备的随机环境条件的制定则只能依靠试验。鉴于目前没有一种成熟的分析方法能在航天器研制初期得出设备安装界面处的噪声响应,文章提出采用FE-SEA 方法,将含支架组件和航天器结构本体看成互相独立的两部分,分别采用不同子系统建模,并以“嫦娥三号”某推力器组件噪声试验数据进行了验证。分析结果表明,含支架组件和航天器结构本体分别采用FE 和SEA 子系统建模,可准确地获得设备安装界面处高频噪声响应,结合低频噪声分析,可作为制定设备随机环境条件的参考。     

卫星10 N推力器复合材料支架的研制

文章阐述了卫星10N推力器复合材料支架的技术要求、工艺方案、研制和振动试验.10N推力器支架是封闭的盒形结构,受力状态复杂,尺寸公差要求高.采用缝合-树脂转移成型(RTM)组合工艺,保证了精度;选用水溶性芯模,解决了脱模难题.与原铸镁支架相比,复合材料支架的重量减轻了35％、制造工时缩短了80％、成本节约了20％.产品通过了鉴定级正弦和随机振动试验;振动试验后经超声波无损检测证实,支架无损伤,满足卫星发射阶段的力学环境要求.     

航天器黏弹性约束阻尼结构频率响应分析方法

黏弹性约束阻尼是对航天器结构进行振动响应抑制的重要方法,而频率响应分析是评估抑振效果的重要分析手段。文章阐述了利用有限元分析软件MSC/NASTRAN对黏弹性约束阻尼结构进行频率响应分析的方法,分析了各种方法的特点,并结合典型航天器结构件给出具体分析算例,可为相关方法的工程应用提供借鉴。     

支架结构随机振动响应优化研究

文章建立了随机载荷作用下结构多点响应优化的数学模型,应用ANSYS程序的APDL语言实现了结构随机振动响应优化方法的程序化。设计了一个三维支架结构,以其为算例进行了基于几何设计变量的随机振动响应优化设计,取得了满意的结果。     

航天器铁路运输中的大承载低频减振技术

针对航天器铁路运输过程中传统钢丝绳减振系统多采用定制化设计且难以对低频振动进行有效减振的局限,提出一种可适用于不同航天器的通用模块化复合减振单元,通过空气弹簧压力及流阻调节控制实现减振系统在不同承载条件下的阻尼调节。在单元组件级研制和试验验证基础上,开展全减振系统研制和跑车试验。试验验证结果表明：减振单元具备阻尼比在0.18～0.29区间连续调节能力,与传统钢丝绳减振系统相比可明显降低运输过程中的振动响应,有效减振频率下限低至8～15 Hz,可为3000 kg以上的大型航天器的安全运输提供有力保障。