有限元动力学模型的综合修正方法

以复杂结构振动的有限元模型为研究对象,根据部件及整体特征研究了基于参数和基于矩阵的模型修正法以提高有限元计算的精度.以一双锥筒试件为例,在对模型作缩聚处理的基础上,综合应用多种商用程序功能给出了锥筒固有频率和夹具参数的修正.结果表明:该法能实现开放式修正,具较强灵活性,对工程实际有一定的应用价值.     

榫头-榫槽连接的盘/片结构接触问题计算

燃气涡轮发动机盘/片组合结构的强度计算较多局限于对孤立的轮盘或叶片加以分析,或者将盘/片作为一个完整的连续体进行计算。但对于松动配合的盘/片结构(带枞树型、燕尾型叶根)用连续体模型是不合适的的。另外松动安装的叶片在离心力作用下有一个自动定心过程,这一过程也难以用局部接触分析方法处理,因此考虑榫头—榫槽连接的盘/片组合结构是合理的。本文处理盘/片组合结构的接触问题采用了带线性不等式约束的二次规划—LCQP方法。这在形式上比直接用有限元(或边界元),加入适当边界条件的方法更为简练、明确,便于从数学上对算法进行分析研究,而且还可运用二次规划研究的新成果,有利于提高计算速度和精度。利用本文结果也能进一步研究连接刚度对盘/片结构动频的影响[1]。      

基于输入整形方法的2自由度机械臂运行过程振动抑制

输入整形方法是一种根据结构振动特性对外力函数进行整形,以达到振动抑制效果的方法。本文以三连杆二关节的2自由度机械臂为例,详细推导了机械臂(逆)运动学和输入整形方法,设计了行程和输入整形函数,将整形后的动态响应与逆运动学方法的解析结果进行比较。研究结果表明:输入整形方法能有效抑制2自由度机械臂运行时的振动。该方法可以拓展到7自由度机械臂,针对柔性特征明显的空间站大型机械臂末端振动抑制也有直接参考意义,具备空间大型柔性结构基座机器人在轨精细控制的应用前景。     

伸展机构地面屈曲试验的重力影响及修正方法研究

针对重力造成的空间伸展机构在轨环境与地面试验环境的差异,根据伸展机构的边界条件将其简化为根部固支、端部自由的悬臂梁模型,梁受均布力,理论计算了均布力和集中载荷对梁屈曲的影响。建立了14,30m两种伸展机构的有限元模型,对伸展机构施加重力载荷,计算了其静态非线性,将特征值法获取的伸展机构非线性屈曲模态引入弧长法求解伸展机构的屈曲承载能力。结果表明:当伸展机构达到一定高度后,须对地面试验结果进行修正;均布载荷可近似等效为在伸展机构的端部施加0.32倍的集中力载荷。分析结果对指导同类伸展机构的静力试验有一定的指导意义。     

太阳电池阵地面展开仿真技术研究与试验验证

基于动压头简化公式、3D-FLUENT 全流场仿真以及附加质量方法, 针对实践七号(SJ-7) 太阳电池阵地面展开系统进行了研究, 首次实现了多体动力学与空气动力学实时耦合计算在太阳电池阵研究上的应用. 三种仿真计算方法所得结果相互得到了验证, 在计算精度方面大大优于以往做法, 同时与地面试验实测结果得到了很好的统一. 该方法目前已成功应用于其他在研型号任务.      

大型卫星整流罩分离冲击载荷分析研究

文章利用工程热力学理论计算了运载火箭整流罩分离用爆炸螺栓的冲击力,同时采用了单只爆炸螺栓冲量测试数据,运用动力学响应分析的直接积分法和NASTRAN有限元程序对Φ3800整流罩在16只爆炸螺栓起爆分离下引起的弹射筒锁紧销动载荷进行了仿真分析。分析与试验结果对比分析表明,数据规律一致性较好,计算结果具有较高的可信度。文章较好地解决了高频冲击响应计算不易收敛和高阶模态精度差的问题。将分析方法应用于其它类似型号的整流罩,也具有较高的精度。     

柔性机械臂关节作动的振动抑制方法和原理性验证

空间机械臂具有柔性大、振动频率低等特点，受激后振动的持续时间长、自然衰减慢。针对空间机械臂运行完成后留存的残余振动，采用固定界面子结构方法推导出关节转动与航天器-机械臂组合体振动的动力学显式关系。从中发现了控制关节转动并使其角速度正比于组合体振动的模态坐标，便能消耗组合体的机械能，加速组合体振动衰减的力学机理。据此，设计了逻辑关系简洁的机械臂关节角速度控制律，分别通过数值仿真和试验件实测对航天器-机械臂组合体的原理性模型开展了振动抑制效果的验证。结果表明:机械臂关节作动可以显著缩短受激后组合体残余振动的持续时间。     

运载火箭整流罩内主动降噪控制技术

运载火箭整流罩内的声振环境对有效载荷的可靠性和发射任务的成败至关重要。为改善整流罩内低频声振问题，首先从数学原理上介绍了用于主动降噪(ANC)系统的自适应滤波器和通道辨识的方法;其次针对运载火箭整流罩特定情况，建立反馈式滤波最小均方值(FxLMS)-ANC系统控制模型，并在实验室环境下搭建硬件实验平台;最后针对噪声频谱分布的不同特点开展宽带、窄带、宽带与窄带组合式ANC实验。结果表明:采取ANC控制对噪声抑制效果明显，特别是对功率谱峰值所在的频点实施窄带降噪，降噪效果更为突出。实验室环境下所得的实验结论，验证了在运载火箭整流罩内ANC的潜力。     

索网结构非线性有限元分析中初始张力状态的快速构造方法

预应力索网结构是以柔性拉索为主要承重构件或辅助承重构件的一种结构体系,用于可展开天线等空间结构。为在有限元数值分析时准确、高效地施加张拉预应力,综合考虑索网的几何非线性、刚度矩阵奇异性、索网与支撑结构存在耦合变形等问题,利用索网式可展开天线的特性,在非线性有限元计算时忽略初位移刚度矩阵,将问题线性化,并详细介绍了以降温法模拟预应力时降温值的计算过程。此方法无需迭代,且得到的降温值在用于索网非线性计算时具有足够的精度;此方法能充分利用通用有限元计算程序,可进一步开展模态和响应等力学计算,便于在工程中实际应用。     

空间站梦天实验舱整器动力学分析和试验研究

空间站研制过程中，获取准确的航天器主要动力学特性有重要意义，整器动力学特性测试是研制过程中一项必不可少的大型试验项目。针对空间站梦天实验舱整器动力学问题，通过建立螺栓—法兰局部连接结构的有限元模型，分析接触状态下刚度随外力的变化关系，分别计算拉压特性下的刚度量级，并采用子结构综合方法，依据部件级模态测试结果得到梦天实验舱整器的动力学特性。结果表明:将螺栓法兰连接刚度等效为双线性弹簧，结合子结构综合预示方法，梦天整器动力学特性的预示具有较高精度。通过连接结构的精细化建模和子结构综合预示，只需进行舱段级模态试验，节省了研制经费、缩短了研制周期，可为空间站及其他大型航天器的研制提供指导。