毕业论文范文——复杂结构全频段声振综合响应分析

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1、西安航空职业学院毕业论文复杂结构全频段声振综合响应分析姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:9摘要：航天飞行器在飞行过程中受到严酷的声振综合力学环境，既有发动机的脉动推力，又有飞行过程中的气动力作用，可通过声振综合试验提高地面试验考核的真实性。而声振综合环境下的结构响应预示可为试验方案制定、条件制定以及结构设计等提供技术支撑。本文针对复杂卫星结构，开展了全频段声振综合响应预示技术应用研究，重点研究了随机振动施加方法、噪声载荷施加方法、结构建模方法等，在此基础上预示了卫星模型在声振综合环境下的结构响应，将仿真结果和声振综合试验结果

2、对比发现，仿真结果和试验结果吻合，RMS值误差在3dB以内。关键词：随机振动，噪声，声振综合，FE-SEA混合方法1.引言航天飞行器在飞行过程中受到严酷的力学环境，如发射噪声环境，脉动推力引起的结构振动环境，跨音速段的声振响应等。振源来自两方面，一是发动机的推力脉动产生的振动通过箭体结构传递到各系统，这部分振动在地面通过振动台可以模拟，在中低频可对产品进行有效激励，但由于受振动台和夹具的限制，高频激励无法满足要求[1-2]；二是在飞行过程中气动力作用在箭体的壳体上产生振动，也通过箭体结构传递到箭上各系统，这种分布动态载荷在地面只有通过噪声

3、才能正确模拟，用振动台无法模拟。噪声与随机振动这两种试验方法既有本质区别又可以相互补充。综合模拟箭体飞行过程中的振源，即振动和噪声综合，振动台模拟振动的低频部分，噪声模拟振动的高频部分，以此提高地面试验考核的真实性。而声振综合环境下的响应预示可为试验方案制定、条件制定、结构设计等提供技术支撑。航天器结构比较复杂，既有承力结构，又有柔性结构；既有板壳结构，又有仪器设备，结构形式多样性；并且在整个飞行过程中，噪声环境频带宽，覆盖低中高频全频段，这给航天器在全频段内的声振建模带来了挑战。另外，如何合理的模拟航天器飞行过程中受到的随机振动以及噪声

4、综合环境，也是声振响应仿真分析的难点。建模及载荷施加方法的合理性直接影响响应分析的精度。2008年，NASAGlennResearchCenter[3]对ACTS卫星天线噪声试验进行了预示，预示频率范围为0-500Hz。与试验结果对比发现，大部分测点吻合较好，但是也存在一部分测点相差较大，同时指出，预示高频声振响应，结构的统计能量（SEA）模型仍然是必需的。2010年，Boeing公司与NASA联合完成了Ares1X混合方法建模以及飞行试验的仿真分析，建立了火箭的全箭有限元-统计能量（FE-SEA）混合模型[4]（如图1所示），完成了起飞

5、、跨音速以及侧翻控制系统点火三个飞行事件中的声振响应预示。在20-2000Hz频率范围内对遥测位置随机振动响应进行了预示，并与遥测结果进行了对比分析。发现，FE-SEA混合方法却可对局部进行更详细准确的建模，预示结果要远好于SEA模型预示结果，尤其在500Hz之前频段（图2）。而50Hz以下，混合方法预示结果误差较大。因此进行全频段声振响应预示，不同频段需考虑采用不同的建模方法。9图1Ares1X运载火箭FE-SEA混合模型图2供应舱电子仪器附近测点预示结果与遥测值对比对于声振综合环境，国内晏廷飞等[5]针对某航天器天线开展了声振组合环境

6、试验与单项环境试验的对比研究，分析了天线的声振组合试验效应。杨江等[6]研究了某航天器太阳电池板的声振组合环境试验技术，并使用有限元-统计能量（FE-SEA）混合方法和耦合有限元/边界元（FE/BEM）方法建立了太阳电池板的仿真模型，进行了声振组合激励下的响应仿真预示。邹元杰等[7]利用FE-SEA混合方法计算了整星在基础激励和噪声共同作用下的响应，来确定部组件的随机振动试验条件。刘时秀[8]应用FE-SEA方法，对某导弹仪器舱在宽频混响声场中结构响应进行了分析计算。综上所述，目前针对复杂航天器结构进行全频段声振综合响应预示的工作开展较少

7、。要对复杂结构进行全频段精细化响应预示，仍需开展以下几方面研究：1）复杂结构全频段建模方法；2）声振综合环境下振动和噪声的施加方法。1.卫星声振模型及其建模方法2.1卫星声振模型卫星模型主要由太阳帆板、天线罩、承力筒、井字梁、仪器、卫星支架封板组成（如图3所示），有板、壳结构，有实体结构，结构形式存在多样性。在31.5-2000Hz整个频段内，尤其对于太阳帆板和天线罩等柔性结构，中高频模态比较密集，若都采用有限元法对其进行声振响应预示，需要网格划分比较精细，计算量较大。而有限元-统计能量方法[9-14]可以较好的解决中高频声振响应预示问题

8、。因此在进行声振响应预示时，不同频段可采用不同的建模方法：低频采用有限元法，中高频采用限元-统计能量方法。根据频带内的模态数量，将整个分析频带（31.5-2000Hz）进行了划分：低频段（31