航天发射的低频振动环境及其模拟

概述了航天发射中低频振动环境的类型和特征，分析了低频振动环境与结构振动特性的关系及其对航天产品结构的影响和危害，研究了低频振动环境的模拟试验方法，提出了以六自由度电液式振动台进行系统级多轴低频振动环境试验以更真实地模拟产品实际使用环境的技术途径。     

V尾伺服弹性试验失稳定位方法研究

准确获取飞行器结构动力学特性及气动伺服弹性稳定裕度,是飞行器首飞成功的关键。针对某飞机在伺服弹性地面试验时发生结构与控制系统耦合问题进行了研究,提出了一种获取飞行器的失稳频率和振型的方法。利用加速度传感器采集结构的振动响应,采用随机子空间模态参数辨识方法分析获得飞机伺服弹性地面试验失稳时V尾振动频率和振型,为控制系统修改设计提供方向及气动伺服弹性理论模型修正提供数据。     

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。     

基于Hilbert变换和跟踪滤波的正弦扫描数据处理方法研究

提出一种针对正弦扫描时间历程数据频谱后处理方法,此方法对控制仪驱动信号进行Hilbert变换获取时间-频率曲线,利用驱动信号与响应信号频率同步的特性,对响应信号进行跟踪滤波获取时间-响应幅值曲线,并最终获得响应信号的频谱。此方法不依赖振动控制仪和带有COLA通道的数据采集系统,并可有效避免正弦约减法等方法带来的泄露和精度不高等问题。     

力限振动试验技术进展综述

力限振动试验技术在国外航天飞行器振动试验中广泛开展,主要目的是减轻或抑制振动试验中的过试验现象。介绍了力限振动试验技术的国内外进展情况,并回顾了解决振动试验中抑制过试验的＼方法,重点针对力限振动试验条件设计方法中力限谱的设计方法及力限参数获取方法方面,对力限振动试验技术进行了综述。最后,对力限振动试验技术的应用前景进行了展望。     

基于小波分析的飞行器结构紧固件松动故障分析方法

基于小波分析方法提出一种飞行器结构紧固件松动故障分析方法。该方法通过对振动信号进行连续小波变换得到振动信号能量在时频域的分布,比较正常信号和故障信号频带的变化规律,实现对紧固件松动故障分析。时频分析结果显示,小波分析方法可以准确跟踪振动过程中信号频率的瞬变特性,且频带清晰,故障特征明显,为今后结构紧固件松动故障分析提供一种有效途径。     

薄板结构的振动功率流特性分析

对不同边界条件下的薄板结构的振动功率流特性进行了分析研究。基于结构声强结合薄板有限元模型,推导了薄板结构从时域变换到频域内的振动功率流公式;接着采用经典板理论结合有限元法获得薄板结构的振动功率流,同时得到了薄板结构的功率流-频率曲线图以及功率流矢量场分布图。由数值分析结果可知:功率流矢量场分布图能反映振源的位置以及振动能量的数值与分布特性,结构各阶的固有频率与振动功率流的峰值处的频率一一对应。     

基于压电分流阻尼电路的悬臂振动控制方法

针对航天领域内广泛应用的大尺寸、高柔性结构存在的振动自由衰减速度慢的问题，为了防止振动对飞行器结构的功能造成影响或者破坏，设计了基于宏纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）压电分流阻尼电路的结构减振方法。在对压电片电学特性分析的基础上，对电路结构进行了设计和分析，并用阻抗分析法对电路参数进行了优化，其中采用浮地模拟电感实现了电路中所需的大电感。针对典型悬臂梁结构，采用仿真手段分析了压电分流阻尼电路的减振效果，并搭建试验系统进行试验验证，压电分流电路能够显著降低结构的振动幅值。     

非均匀Winkle地基上非均质变截面Timoshenko圆拱梁结构面内振动的传递矩阵解法

考虑到曲梁面内振动的二维特性,并计及转动惯量和剪切变形对结构振动特性的影响,本文用传递矩阵法研究非均匀Winkle地基上非均质变截面Timoshenko圆拱梁结构的面内自由振动,导出了频率方程的具体计算公式,方法对任意的非均匀Winkle地基上的各种圆拱梁结构均适用,并可编制成通用程序在小型微机上分析大型复杂圆拱梁组合结构的面内振动特性。本文最后还给出了一些数值算例。     

机动发射系统垂直瞄准扰动试验分析

针对机动发射竖直瞄准干扰消除问题,设计两种动特性试验获取其扰动频率及幅值;采用传统模态试验方法获取其小变形动态特性,通过释放和风激励方法获取了其晃动动态特性,分析指出非线性间隙对结构动特性影响明显。     

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。     

环境激励条件建筑结构的试验建模研究

通过环境激励模态识别技术对一座中高层新结构大楼环境激励试验建模研究。首先介绍了试验模型设计 ,并在现场测量整栋大楼在环境激励下的振动响应。然后采用新发展的频率空间域方法 ( FSDD)进行模态识别 ,分别在 0～ 4.5 Hz和 0～ 6.5 Hz频率范围识别出 9阶弯曲和扭转模态频率和振型。采用频率空间域方法识别了结构的阻尼特性 ,并得到满意的结果。所得试验模型已成功应用于 CFT大楼的有限元动态模型修正。所研发的试验建模技术可望在结构响应预报 ,健康监测和振动控制中发挥重要作用     

北京强度环境研究所完成CZ-2F火箭POGO振动研究

在载人航天的运载火箭第五次飞行中,宇航员报告在一级火箭飞行末秒产生比较强烈的振动。北京强度环境研究所承担了该问题的研究工作。课题组根据飞行振动、输送管路脉动压力的遥测数据分析,认为这种振动的主要原因是产生了液体火箭的燃料输送系统和火箭结构系统动力学耦合的全箭POGO振动。为了证明POGO振动成因,进行了模拟介质和真实介质的输送管路脉动特性试验、全箭纵向模态试验,开展了管路特性计算分析和全箭POGO稳定性分析工作,证明了实际飞行时POG0振动的机理。     

振动频率对超声辅助切削温度影响的仿真研究

钛合金为难加工材料,被广泛应用于航天航天等领域,近年来,超声振动在钛合金切削加工方面得到广泛的运用。在实现断续切削的情况下(2πfa3Vc),运用Adevant Edge软件建立了反映温度场分布的超声振动车削有限元模型,并用该模型仿真研究了振动频率对超声切削温度影响的规律。研究表明:适当增大超声振动频率可降低加工接触率,实现断续切削,降低刀尖切削温度,增加刀具的使用寿命;在相同工艺参数条件下,存在一振动频率临界点,超过该频率将导致刀尖与切屑摩擦热增加速度大于刀具散热速度,致使刀具温度升高。     

低雷诺数下翼型表面局部振动控制研究

数值模拟研究了Re=4×10⁴时小迎角下表面局部振动激励对SD8020翼型气动特性的影响,从时均化和非定常流动两个方面分析了频率和幅值两个振动激励参数对于翼型分离和转捩特性的作用。结果表明,迎角2°和3°时局部振动激励能够有效对流场施加影响,促进层流分离泡结构的转变,改善翼型的气动性能。同时研究发现,振动频率在不同迎角下对翼型气动特性和流场结构的影响规律类似,频率f=32 Hz时气动性能提升最明显;而随着振动幅值的增加,层流分离泡长度减小且整体向前缘移动。进一步非定常分析表明,迎角2°和3°时流场在同一振动激励参数下表现出相似的非定常涡演化过程,弦向位置的压力脉动频率与振动激励频率一致,此时流场的非定常流动特征由振动激励主导。     

基于频域法的随机振动载荷下飞机结构疲劳分析

针对飞机结构疲劳特性,提出了基于频率域信息的随机载荷历程——功率谱密度函数(Power speetraldensity,PSD)估算结构振动疲劳的一种新的计算方法。首先对结构进行频率响应计算,得到结构的传递函数;将此传递函数与输入的功率谱相乘,获得结构的应力功率谱密度;再结合材料参数,选择合适的疲劳损伤模型,利用频域方法计算结构的疲劳强度。对某型飞机机翼,采用本文方法,应用有限元分析(Finite element analysis,FEA)获得了应力响应功率谱密度函数,并对机翼在随机振动载荷下的强度特性进行了模拟与分析,给出了分析结果。     

一个Timoshenko梁元模型

文献[1]对文献[2]进行了一些改进,提高了计算固有振动特性的精确度。但是对航空和航天结构中经常遇到的自由边界,尚未满足弯矩(弯曲曲率)的边界条件,因此计算精度还不很高。文献[3]的Timoshcnko梁元模型是个高精度模型     

基于有限元法的风洞结构故障诊断

针对2.4m风洞第一扩散段在运行过程中出现的裂纹现象,应用振动测试技术和有限元分析方法,进行了不同工况条件下振动测量和脉动压力测量,获得了结构在气流脉动压力作用下的主要振动频率范围.通过与有限元分析结果验证对比,诊断出了第一扩散段产生裂纹的原因在于内壳体裂纹板与气流长期耦合振动,结构疲劳从而导致出现裂纹.最后在此基础上提出了合理的整改方案,对结构进行了动力学修改.结果表明:结合振动测试,基于有限元法对风洞结构进行故障诊断是一种行之有效的方法.     

不同振动形式下压电俘能结构热弹性耗散研究

通常情况下,压电材料应用于结构中可实现对外界能量的俘获,但是在能量收集过程中,热弹性耗散将对其能量俘获效率产生影响。因此,本文提出了压电俘能结构热弹性耗散特性的研究方法;首先,基于Euler-Bernoulli梁理论,并结合压电结构变形影响时的热传导方程以及压电结构电场方程,推导出在压电热弹性耦合下不同振动形式时结构的控制方程;然后,通过数值计算和仿真分析的方法得出结构的频率漂移及热弹性阻尼的变化,得到了不同振动形式下温度场对压电结构的影响;同时,针对结构几何尺寸对结构热弹性耗散的影响进行了讨论,得到了压电热弹性耦合对压电装置能量俘获的影响。     

多胞局域共振型超材料的减振实验研究

弹性波/声波超材料具有许多超常力学性质,为航空、航天和船舶等领域的装备减振降噪提供了新途径。本文介绍多胞局域共振型超材料的减振实验研究。该研究基于局域共振元胞的频散分析、波动传递率分析和周期结构的振动响应计算,讨论了超材料在带隙频率区内外的波动传播。设计制造了具有低频带隙的轻质周期性局域共振超材料构型,并用于空间桁架结构的振动抑制实验。实验结果表明,在15～45 Hz的带隙频率区间,多胞超材料减振装置可使振动传递率降低30 dB以上,展现出良好的减振效果。