空间站柔性太阳电池翼对日跟踪控制

空间站柔性太阳电池翼高稳定对日跟踪驱动控制,对于保障空间站长期在轨能源安全和平稳运行具有重要意义。在推导柔性太阳电池翼动力学模型、柔性体模态分析和截断、Alpha对日定向装置机电系统模型、非线性传动系统模型的基础上,对空间站柔性太阳电池翼对日跟踪控制系统进行设计。采用Heaviside五次样条变速规划、位置和速度两级闭环、速度环陷阱滤波器柔性振动抑制的组合方案,实现空间站柔性太阳电池翼高稳定驱动控制。通过对典型工况的仿真校核,验证所设计的控制方案可实现跟踪精度优于0.3°、速度偏差±0.005(°)/s、稳定度优于7%@0.065(°)/s的性能指标。同时,Alpha对日定向装置的启动和变速过程中驱动力矩不大于30 N·m,稳速运行期间驱动力矩不大于5 N·m。各项性能指标要好于国际空间站Alpha对日定向装置,满足使用要求。     

一种考虑截面任意变形模式梁的有限元模型

提出了一种考虑截面完整变形的截面插值梁模型,并用于机翼结构的建模与分析。首先引入截面插值函数——拉格朗日函数描述截面形状,以位移向量为未知变量描述截面位移,在此基础上依据插值理论构造梁单元位移场。不同于传统梁单元通过假定的中性轴的挠度和转角来确定梁截面各点位移,该梁模型摒弃了中性轴假设与平截面假设,通过截面插值函数得到梁截面面内、面外变形;然后通过有限元理论推导了梁单元刚度矩阵与质量矩阵;最后利用截面插值梁单元对机翼各部件进行有限元建模,并展开典型工况下的静力学分析以及动力学分析,与Nastran实体单元计算结果进行了对比分析,验证了该梁模型的有效性,为机翼的结构设计和强度分析提供了一种新的简化建模方法。     

轴向共振控制的结构疲劳裂纹扩展分析

针对工程结构共振疲劳问题,提出一种激励频率跟踪随裂纹扩展变化的固有频率的加载方法,并对共振频带激励的裂纹悬臂杆进行理论分析.分析过程中,采用线性弹簧等效裂纹单元,复弹性模量考虑阻尼行为,得到考虑激励幅值、激励频率、阻尼以及裂纹长度等因素的动应力.利用Paris方程模拟裂纹扩展过程,分析阻尼对共振结构疲劳裂纹扩展寿命的影响.结果显示:裂纹扩展使结构共振频率下降;阻尼较小时,阻尼变化对疲劳裂纹扩展寿命的影响并不显著;阻尼达到一定值后,裂纹扩展速率迅速下降,可能发生止裂现象;越低阶模态振动,裂纹扩展速率越大,对应的疲劳裂纹扩展寿命越短.     

基于有限测点响应的结构动态响应计算

针对结构受多点平稳随机激励的动态响应问题,将虚拟激励法结合矩阵扩阶技术,提出了一种新的结构动态响应计算方法.无需确定结构所受平稳随机激励的具体值,将有限个测试自由度的响应功率谱矩阵进行谱分解,应用虚拟激励法将平稳随机振动问题转化为一个或若干个简谐振动问题;分析虚拟简谐振动方程,将计算模型按在试验模型上所有需监测自由度的规模进行缩聚,基于矩阵扩阶技术,将有限个测试自由度的动态响应扩阶得到试验模型上所有需监测自由度的动态响应.以欧洲航空研究科技组织的基准模型--GARTEUR飞机模型为例,计算结果与仿真测试数据的拟合性好,故验证了所提算法的可行有效性.     

约束阻尼层板的振动分析

约束阻尼层结构是一类利用阻尼层的剪切效应达到减振目的的结构。基于这一原理，本文分析了约束阻尼层板的振动。引入的位移模式中，考虑了附加部分对原结构运动的相对性和阻尼层的横向剪切效应，据此推导了约束阻尼层板的运动方程和边界条件。最后分析了简支矩形板的固有振动，讨论其振动特点。     

基于子空间算法的对称结构重频模态识别

针对飞机等对称结构的重频模态较难识别的问题,在随机子空间算法的基础之上,利用空间投影的性质和响应点位置间的几何关系,分离对称耦合模态,建立对称模态响应和反对称模态响应Hankel矩阵,实现单独利用响应数据识别重频的对称和反对称模态。最后通过仿真算例表明,改进后的方法成功提取了重频模态的振型,避免了传统算法识别结果的中的振型耦合,同时提高了对称模态中固有频率和阻尼的识别精度。     

基于全局近似函数的薄壁结构耐撞性多目标优化

以圆锥形薄壁金属管为对象进行耐撞性优化研究,并对几种全局近似函数构造模型精度与适用性进行讨论。以薄壁管的多个几何参数为设计变量,以质量比吸能、长度比吸能、最大冲击载荷为目标函数,通过对比几种不同方法构造的近似模型精度,发现依据各个目标函数的非线性强弱程度不同,可以采用相对应的构造方法获得精度最高的近似模型。最后结合普适性最好的RBF法对圆椎管进行多目标的耐撞性优化,并给出设计空间中的Pareto解集与Pareto曲面,提供了多种侧重不同耐撞性指标优化的设计方案。     

含转动连接的平面梁结构连接刚度修正

研究含转动连接的平面梁结构连接刚度的修正方法,将连接处看作扭转弹簧,基于变分原理推导出连接处的刚度矩阵。假设连接刚度随转角变化的表达式,以实测参考频率和计算频率的误差作为判据,给定初始刚度值并通过迭代修正刚度值,使其满足判据要求。     

针对局部非线性问题的混合坐标模态综合法

非线性动力系统模型的计算效率问题是结构动力学领域中的重要研究课题。提出了一种针对局部非线性问题的混合坐标自由界面子结构模态综合方法。根据局部非线性系统的特点,将结构按照线性部分与非线性部分进行分割。线性部分子结构可以通过模态坐标转换到模态空间。在对线性部分进行减缩的过程中考虑了剩余柔度的影响,并通过构造一组与低阶模态关于系统矩阵加权正交的向量组,解决了子结构含有刚体模态时剩余柔度矩阵无法计算的问题。非线性部分子结构则保留原有的物理坐标。通过界面协调关系,采用自由界面方法得到系统混合坐标综合方程。最后,通过数值算例验证了所提出方法的有效性。     

模糊聚类法在试验模态参数识别分析中的应用

为了搜索系统的真实极点,将模糊聚类理论引入试验模态参数分析.根据极点之间内在的亲疏关系,将其 合理地聚为若干类,搜索每一类的最佳极点,即系统的真实极点,在稳态图中自动完成真实极点的选择.该方法 能够避免人为因素造成的识别误差,提高识别结果的可信度.在正交多项式曲线拟合和多参考点最小二秉复频 域识别系统中引入该方法,实现了稳态图中极点的自动选择,提供了真实极点选择的一种新思路.通过仿真和实 验证明了模糊聚类法对极点选择的可行性和稳定性.