应用结构应变测量的航天器随机振动载荷频率收敛特性研究

为了简化航天器随机振动载荷的识别,文章对其频率收敛特性进行了研究。方法是测量随机振动时航天器主结构应变功率谱密度值(PSD),计算不同频段的应变均方根值(RMS),然后分析得到适当的截止频率。通过该方法,获得了从低于100kg到1000kg以上多个级别航天器的应变收敛特性。文章最后就某一航天器随机振动载荷识别时如何选择合适的截止频率提出了建议。     

激励频段对航天器随机振动载荷的影响

在航天器随机振动等效准静态载荷计算中,高频因对随机振动载荷的贡献较小而可以被截去,但目前截止频率的选择还未有完全确定。为确定随机振动环境下的计算频段,文章设计了不同动态特性的组件进行不同截止频率的随机振动试验,并根据试验数据分析研究了不同特性组件在不同振动频段下应变的变化规律。研究结果认为,对于一般组件,随机振动的计算截止频率可取为组件主频率的1.5倍。针对非均匀输入加速度谱的随机振动载荷计算问题,文章提出分频段的分析方法。按3个基本频段计算随机振动载荷,分析得到了不同频段对总随机振动载荷贡献大小和规律,以及截止频率误差的影响因素和影响大小。算例表明,分频段法可以用于不同状态输入加速度谱的随机振动载荷计算。     

某平台卫星发射及在轨力学环境测量与分析

为获取航天器准确的发射及在轨力学环境数据,设计了一套具有数据采集、存储和传输功能的星载测量系统。利用该系统对某大型平台卫星发射飞行过程进行了测量,获取了星箭界面及卫星结构典型位置在发射主动段的正弦振动响应、随机振动响应、冲击响应及在轨微振动的环境数据。将测量数据与星箭载荷耦合分析结果、地面力学试验结果进行了详细对比,结果表明:星箭载荷耦合分析的结果在星箭界面处横向相对准确,而纵向在有限频段准确,其他频段及星上分析结果均大于测量结果,即存在极大裕度;地面试验结果大于测量结果,意味着有较大的裁剪设计空间。测量数据对后续卫星模型修正、试验条件设计、相似平台卫星抗力学环境优化、部组件设计等均具有重要的参考价值。     

航天器电子产品抗随机振动环境设计方法研究

航天器电子产品在航天器发射过程中经历恶劣、复杂的随机振动环境,可能会引起电子产品失效。根据电子产品内部印制电路板(PCB)随机振动原理和特点,文章研究梳理了航天器电子产品随机振动失效模式及抗随机振动设计的5条一般原则,总结出航天器电子产品进行抗随机振动能力分析评估的两种方法和风险判据,利用有限元仿真分析证明了上述分析方法和判据正确可行。针对失效模式,从两个方面提出了5种降低产品随机振动动力学响应的可行方案,通过计算仿真及试验表明:产品内部PCB位移响应和变形极限大幅降低,减振方案有效。以上分析方法、判据及减振方案,可以作为同类电子产品抗随机振动能力评估的参考,为随机振动失效问题提供解决的思路和途径。     

基于随机振动响应的结构非线性参数识别

复合材料结构呈现出典型的量级非线性特征,非线性刚度的研究是结构设计和分析的基础。结构使用环境多数存在随机振动载荷,在更接近真实使用环境下对非线性参数的识别结果更加适用。文章提出了基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法,设计了基于随机振动响应的非线性刚度识别程序;通过立方刚度单自由度非线性系统算例,验证了识别方法和程序;并通过试验研究了典型复合材料结构的量级非线性特征。结果表明,基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法具有较好的识别精度,多自由度系统不同谐振阶次的非线性特性存在差别。研究结论对于随机振动环境下结构非线性参数识别和建模具有一定的参考价值。     

某结构在振动-加速度复合环境下的响应优化

文章以结构的安装角为设计变量,根据结构安装位置的合理性来确定设计变量的约束条件。以结构关键部位的加速度均方根值作为目标函数,建立了随机振动-加速度复合载荷作用下基于安装角的某结构响应优化模型。应用ANSYS软件中的参数化设计语言（APDL）实现了离心场中结构随机振动响应对安装角度的灵敏度分析及优化。优化后的结构振动响应降低了。     

航天器随机振动试验振动台驱动力估算方法

文章针对航天器复杂随机振动条件下(尤其是试验前)推力难以估算的问题,基于模态参与的思想,结合航天器随机振动的特征,对模态参与法进行改进和算法简化。改进后方法的验证结果表明,在白噪声激励条件下其计算结果与模态参与法吻合,而且能够计算模态参与法不能计算的非白噪声激励条件的随机振动载荷。文章还提出了能在工程中快速使用的三频段法,并通过型号验证了其可行性。     

某航天器天线声振组合环境试验与单项环境试验对比研究

由于受地面试验技术条件的限制,目前用单项噪声或振动环境试验来模拟航天器发射及飞行过程经历的声振复合环境。文章以某航天器天线为对象,开展了声与振组合环境试验与单独噪声、单独随机振动试验的对比分析:对于该航天器天线,单独噪声试验在低频区域激励效应较差;单独振动试验则在高频部分存在结构响应衰减;声振组合试验由于耦合效应对结构高频段的响应产生抑制,使得高频部分的响应被削弱。     

热声载荷下高温合金薄壁结构非线性动态响应特性

针对航空航天薄壁结构热声疲劳问题,采用解析法和有限元法相结合,研究矩形薄板样件的非线性动态响应特性。首先,推导了四边简支矩形板在热声载荷下的四阶非线性偏微分大挠度运动方程,并利用伽辽金法将其转化为模态坐标系下的二阶微分方程组;对该方程组进行单自由度简化,计算并分析了平面温度与温度梯度对矩形板振动响应的影响。然后,采用有限元方法计算出四边简支矩形钛合金板在不同温度下的模态频率,以及定常声压级、不同温度下的振动位移和应力响应,并着重对位移功率谱密度进行了详细分析。基于上述计算结果,对响应基频随温度变化关系进行了对比分析,并研究了矩形板屈曲和跳变响应特征。     

基于正弦基础激励的航天器结构模型修正方法

正弦振动试验是航天器系统级和单机产品需要开展的常规试验,充分利用工程中积累的正弦试验数据进行结构模型修正具有重要的工程意义。文章首先介绍了基础激励下结构模型修正方法,通过矩阵分块、待修正参数归一化、参与修正的频率点选择等步骤,推导出基于基础激励的模型修正公式;然后对国际通用算例GARTEUR桁架结构的有限元模型进行修正,分析修正后模型在修正频段内和修正频段外计算所得模态频率,验证修正后模型对模态频率的复现和预示能力,通过对比试验模型、分析模型和修正后模型中4个典型节点的响应曲线,检验修正后模型精度。结果表明:修正后模型的模态频率和响应曲线均与试验模型趋于一致,证实了该修正方法对GARTEUR结构修正的有效性。