结构动力学分析工程应用介绍

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1、结构动力学分析工程应用介绍随着形形色色飞行器的出现，动力固有特性分析也出现许多特殊的问题。例如，火箭、导弹虽然基本上近似一个一维梁系统，但它们往往存在着级间连接与数目较多的分离面(接头),这使得结构的刚度分布、阻尼分布发生变化，给固有特性的精确分析带来困难；大型液体燃料火箭广泛存在着液体晃动问题，它对固有特性有不可忽视的影响；人造卫星经常采用自旋稳定方案，并安装有柔度很大的附件，如太阳能帆板、天线等，构成具有转动的刚体及柔性体的复合结构，使它的固有特性分析更加复杂化。本章对这些问题做一概括介绍。一、飞行器分离面（接头）对固有特性的影响大部分火箭、导弹类型的飞行

2、器都具有较多的接头，它们使全弹的刚度分布发生局部扰动，如图所示。一、飞行器分离面（接头）对固有特性的影响导弹名称接头数刚度损失K注“响尾蛇”413％近程攻击导弹SRAM631％中程攻击导弹MR731％远程标准导弹ER733％“不死鸟”1049％接头使刚度损失可达(30~40)%,如表8－1所示表8－1一、飞行器分离面（接头）对固有特性的影响对弹体固有特性的影响1.使全弹的固有频率下降由于接头削弱了附近弹体的刚度，同时接头处往往存在空隙，因而它们都使全弹的固有频率降低。影响程度与接头的数量、类型、位置相关。表8-2中列举了一些导弹的一阶频率由于接头而引起的下降

3、情况。导弹名称接头数一阶固有频率下降“响尾蛇”47％近程攻击导弹SRAM617％中程攻击导弹MR717％远程标准导弹ER718％“不死鸟”1033％表8-2一、飞行器分离面（接头）对固有特性的影响对弹体固有特性的影响2.使全弹的振动发生畸形接头的存在，改变了刚度分布，必然使振型形状、节点位置发生变化。在控制系统的设计中节点位置是个重要参数，所以，为了精确确定振型，必须考虑接头的响应。图8-2所示为某弹前三阶振型受接头影响的变换情况。图中x为弹体轴向坐标，坐标原点设在弹体头部理论顶点，为振型幅值。应当注意，同样的接头，所处的位置不同影响也不同。一般来讲，在导弹

4、弹体中部的接头影响更加突出。一、飞行器分离面（接头）对固有特性的影响分析方法精确地用纯分析方法考虑接头进行固有特性计算是困难的，一般都采用实验与分析结合的方法。全弹的计算模型可以选用一维梁式模型或三维壳体模型，接头则可分为处理为集中弯曲弹簧或沿分离面周线分布的弹性组件。处理这类模型的关键是这些弹性件柔度的确定。对于集中弯度弹簧，其柔度确定的方法有以下几种。1.类比法参照已有的导弹接头的柔度数据，用相似类比方法，推测所设计的接头的柔度。2.经验公式法Alley和Leadbetfer根据大量实验的统计，归纳出以下经验公式式中－－第i个接头的弯曲柔度；－－接头处弹

5、身直径（英寸）－－柔度系数，根据接头的不同类型已制成表格供查（表8-3）一、飞行器分离面（接头）对固有特性的影响接头分类Ai额定值范围优10-103×10-10良10-93×10-10～3×10-9中10-83×10-9～3×10-8差10-73×10-8～3×10-7表9-3此经验公式是以英制给出的，使用时应予注意。3.实验测定法4.其它方法当已具有实体结构时，可通过静力实验或动力实验得到各个接头实际柔度。不过，实验中应注意消除弹性弯曲的影响。也可采用有限元或最佳拟合的分析方法来确定接头的柔度，不过方法复杂而精度并不理想。分析方法一、飞行器分离面（接头）对

6、固有特性的影响总之，随着飞行器对固有频率、振型、振型斜率的数量与精度要求日益提高，接头产生的影响必须予以考虑。由于接头类型较多，单纯的分析方法尚未完善，目前主要依靠实验来确定特性参数——柔度。将所得柔度参量代入系统模型，即可计得较为精确得全弹固有特性。分析方法问题的特点二、贮箱内液体晃动对固有特性的影响晃动频率及晃动激烈程度均与下列因素有关：容器形状；推进器性质；阻尼隔板设置情况；推进剂液面高度；加速度场的情况。在飞行过程中，随着燃料不断燃烧，推进剂液面情况不断发生变化，从而对系统固有特性的影响也随之变化。这是本问题的主要特点。一般说来，为了掌握整个飞行过

7、程的固有特性情况，就要分析各个不同的推进剂燃烧阶段的频率与振型。另外一个特点是，一般只需考虑低阶情况，特别是一阶情况。因为经研究指出，对于圆柱壳体，二阶晃动质量仅为一阶晃动质量的3％，而且在高阶情况下液体内部将产生紊乱的扰动，使阻尼激增，故二阶以上可不予考虑。推进剂晃动频率的确定二、贮箱内液体晃动对固有特性的影响工程上常采用当量变换的方法，在对壳体壁作用的力与力矩相等、频率相当的条件下，将液体晃动模型等价代换为机械力学模型。一旦建立了当量机械模型，对于各种飞行器的液体晃动问题，可根据它们的液体参量、飞行状态参量、飞行器参量很容易地确定出当量机械模型参量，从而

8、确定出晃动频率。一般采用的液体侧向晃动