空间可展开结构热致振动分析方法研究综述

空间可展开结构在轨服役期间受冷热交变热载荷的作用会产生热致振动现象,使得结构精度下降,进而影响其工作效能,因此在结构设计与制造阶段准确地预测热导致的热-结构耦合动力学行为,并对热致振动问题加以规避是至关重要的。从上个世纪50 年代Boley 提出热致振动的概念至今,学者们不断探索新的分析方法。早期学者大多以简化的板或梁作为对象研究其热致振动机理;21 世纪后学者们开始了有限元结合数值方法研究具有显著几何非线性、运动副间隙等特点的大型空间结构热致振动问题;近年来有学者采用绝对节点坐标法建立耦合的热-结构分析模型,用于分析大转动、大变形航天结构热致振动问题。文章针对空间可展开结构热致振动这一现象,系统性地总结了从热致振动概念提出到近年来热致振动问题的研究方法,并提炼出发展中亟待解决的关键问题,为热致振动问题的进一步研究提供参考。     

NEPE推进剂发动机振动安全性试验研究

为了评估NEPE推进剂全尺寸发动机在经受弹射和飞行振动载荷下的安全性,在不同试验条件下进行了NEPE推进剂165 mm发动机的振动试验。理论分析认为,NEPE推进剂全尺寸发动机在振动条件下因药柱温度升高及静电积聚而发生危险的可能性很小,通过相关试验验证了该结论,说明采用NEPE推进剂165 mm发动机进行全尺寸发动机振动安全性评估可行。     

空间智能桁架自适应模糊振动控制

研究了一种基于自适应模糊控制器的空间智能桁架振动控制方法。在考虑剩余模态影响的条件下建立了空间智能桁架的独立模态空间振动控制方程,并对自适应模糊控制器作改进,证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明:该自适应模糊控制器可有效抑制桁架振动,控制效果明显优于传统模糊控制,同时能抑制控制溢出和观测溢出。     

单向阀三维动态流场稳定性仿真研究

对单向阀自激振动机理进行研究,采用线性分析方法提出了单向阀的临界稳定曲线。应用泵阀仿真软件PumpLinx的动网格技术,开展了单向阀三维动态流场仿真分析,数值研究了不同工作压力、不同质量流量条件下的单向阀动态稳定特性。结果表明:在某一工作压力条件下,小流量时单向阀工作不稳定,会形成周期性的阀门颤振,随着质量流量增大,单向阀动态稳定性增强;当质量流量足够大时,单向阀工作稳定,单向阀保持稳定开度工作;质量流量一定时,工作压力降低,单向阀动态稳定性增强。单向阀三维动态流场仿真结果与线性稳定性结论相一致,从三维动态流场角度验证了单向阀自激振动机理及线性稳定性分析方法的有效性。     

大口径反射镜组件发射段环境的防振设计

主反射镜组件力学性能是相机结构设计的重点。文章介绍了反射镜组件的基本构型,分析了采用Bipod支撑结构的反射镜组件振动抑制的必要性。基于阻尼受迫振动模型微分方程,分析了频率比、阻尼比对随机振动传递率的影响,根据分析结果选择增大阻尼比作为反射镜组件振动抑制方案。对某1.8m口径反射镜组件进行了抑振设计,利用MSC Nastran软件进行了动力学分析,仿真结果显示,抑振后反射镜动力学响应值及振动应力有较大降低,证明抑振设计有效。文章设计的振动抑制解决方案也可为空间遥感器其他部组件的振动抑制设计提供借鉴。     

开环虚拟振动试验方法在航天遥感器上的应用研究

振动环境试验是产品研发过程的重要试验项目,虚拟振动试验已成为一种减少试验、降低成本的高效解决方案。文章基于开环虚拟振动试验方法,对某遥感器进行频域开环和时域开环虚拟振动试验研究和仿真。仿真结果与试验数据的对比表明,频域开环和时域开环都很好的复现了振动试验过程,尤其是在低频段的试验结果。对于时域开环中激励信号的处理,文章创新性采用了时域波形再现(TWR)技术,基于台面加速度控制谱迭代反算位移激励信号的方法,有效的解决了非约束机械系统直接施加加速度或力激励漂移的问题。将仿真得到的响应结果与台面加速度控制谱进行了对比分析,验证了在一定范围内该方法的可行性。文章最后研究了偏载效应,拓宽了时域开环虚拟振动试验方法的应用范畴。文章结果有利于虚拟环境试验的推广,缩短研制时间。     

基于机器视觉的轻型梁三维振动测量方法

振动测量是状态检测和故障诊断的方法之一,针对传统接触式测量方法中存在负载效应等问题,对基于机器视觉的三维振动测量方法进行了研究。首先,基于视频相位的二维振动测量方法,提取出相机所采集图像中被测目标的二维振动数据。然后,在二维振动测量方法的基础上,结合双目立体视觉,设计了一种基于机器视觉的三维振动测量方法。最后,进行了悬臂梁的振动测量实验。结果表明:所提方法可以实现无接触和无标记的振动测量,并能准确测量出三维的振动信息。      

连续变迎角试验数据自适应分段拟合滤波方法

针对常用的阶梯变迎角数据处理方法处理连续变迎角试验数据时,不能去除低频振动分量的问题,基于试验数据中的近似对称、局部线性等特点,提出一种将数据进行分段二项式拟合的处理方法,并详细论述其基本原理,重点介绍基于方差极小值动态确定数据分段长度的方法。基于测试信号的实验结果表明所提方法可将低频分量信号滤除近70%,有效提高数据处理精度。经标模试验测试验证,所提方法可成功应用于某些试验。      

四孔交叠隧道下地铁运行对周边建筑物的振动响应分析

选取武汉地铁二号线和四号线中某区间的四孔交叠隧道为研究对象,采用有限元软件ANSYS进行数值模拟,探讨隧道周边建筑物在地铁运行下的振动响应规律。结果证实:建筑物各楼层的水平振动强度随楼层的增加而增加,竖向振动强度增幅不大。前5层中,竖直方向的振动比水平方向的振动强烈;第5层之后,各楼层的水平峰值加速度随着楼层的增加而显著增大。单孔隧道中有列车运行时,建筑物各楼层振动强度随隧道埋深的增大而减小,也随着到振源的水平距离的增大而减小,但埋深比水平距离的影响更明显。四孔隧道中均有列车运行时,建筑物同一楼层,内部各点的水平振动强度,随着距隧道中心线距离的增大,未表现出增大或减小的趋势,但靠近隧道一侧的竖向振动强度和竖向峰值位移比远离隧道一侧要大。     

振动环境试验中的结构模态参数识别

振动环境试验中的测点加速度响应与台面加速度响应数据之比,可以被看作结构频响函数的加权和。因此,可以将加速度传递率作为被测结构的一个“广义频率响应函数”来提取结构的模态参数,如固有频率、阻尼比。求解广义频响函数时,根据加权最小二乘法构造目标函数,并通过遗传算法迭代,得到结构的固有频率、阻尼比。应用此方法对某卫星的振动试验数据进行模态分析,得到的结果与模态试验结果一致。