承力筒模态分析与测试

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1、第27卷第1期航天器环境工程2010{f÷2月SPACECRAFTFNvIRONMENTENGINEERING83承力筒模态分析与测试姚骏，张红英，崔伟，杜胜(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：对卫星的关键主承力结构——承力筒进行模态分析与测试是了解其结构栉幽狗重要手段。文章采用悬挂法和固支法对某卫星用两种结构设计的承力筒进行了模态分析与测试，并对比分析了这两种方法对分析与测试结果的影响，最终确定了承力筒的模态特性。模态试验属于有旃陆确认试验，应根据具体的试验对象，慎重选择合理的试验方法。关键词：承力筒；摸态分析；摸态试验；悬挂

2、法；固支法中图分类号：V416．6文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)01—0083-04DoI：10．39690．issn．1673-1379．2010．01．0171前言承力筒承载卫星主要载荷，是卫星结构组装的核心，是影响卫星结构强度、连接刚度和整星动态频率特性等性能的关键主承力结构【l】。承力筒设计与制造的质量成为卫星研制过程中关注的焦点。模态试验可以确定结构的传递特性(包括模态频率、模态振型、模态阻尼比等模态参数)；检查结构动态特性是否符合设计要求，发现其结构设计缺陷，为结构修改提供依据；为结构数学模犁的验证和修

3、改、响应预示、振动控制、稳定性分析以及航天器与运载火箭的动力学祸合分析等提供依据【刎。因此，对承力筒进行模态试验是了解其结构特性的重要手段。本文分别用悬挂和固支两种测试方法对某卫星的两种结构设计的承力筒进行了模态测试与分析，并阐述了这两种测试方法对测试结果的影响。2承力筒的结构设计某卫星承力筒是采用整体形式，由简体、端框、贮箱安装框和纵向连接件(桁条)等组成。其中，简体推进舱段为锥形，服务舱段为柱形，下端外径为4)910n1111，上端外径为咖500mm，整筒高度为1238l／lnl。承力筒筒体是由碳纤维T300．3K面板和铝蜂窝组成的夹

4、层结构。承力筒除下端框采用铝合金锻材LDl0CS之外，其他端框(上端框、中端框、贮箱上安装框、贮箱下安装框)、端框加强件和纵向连接件均采用T700S一12K碳纤维模压成型。承力筒设计质量为22．5kg。根据型号的研制需要，先后对承力筒进行了两轮设计。承力筒II是在承力筒I上进行的改进和优化，两种设计的外形尺寸保持一致。两种承力筒结构见图1，它们技术状态的差异性比较见表1。翮闹图1承力筒结构示意图(左为承力筒I，有为承力筒II)F培．1Structureschematicdiagramoftheloadedcylinder(beforean

5、dafteroptimization)表1承力筒两种状态的结构设计差异性比较表TablelThestructuredifferencesoftheloadedcylinderbeforeandafteroptimization序比较项目承力筒I承力筒II改进后号效果锥段内外±450时}-优化刚度和l±45。／00／90。蒙皮铺层450强度，提高柱段内外夹层结构稳2±450／0。±450／0。／900蒙皮铺层定性纵向连接3单个，不连续连续优化刚度件(桁条)4锥段开孔6个咖50孔2个咖50孔优化结构强咖80和咖50咖60和咖50度，降低应5柱

6、段开孔各1个力水平3承力筒的模态分析与试验3．1模态分析(固支法)根据设计参数，利用MSC／Patran软件建立了收稿日期：2009．09．03：修回日期：2009．10．21作者简介：姚骏(1973一)，男，高级工程师，从事卫星结构与机构的设计和研制。E—mail：509yaojun@sina．conl．航天器环境工程2010年第27卷承力筒I、承力筒II的有限元模型，端框及桁条离散成梁单元，简体按层合板离散成板壳单元。利用MSC／Nastran软件分别对两个模型进行了I占l定于地基的模态计算。承力筒I、II的有限元模型见图2，其振型参

7、见图3、图4，分析结果见表2。从理沦分析可以看⋯承力筒II的基频大于承力筒I。图2采用同支法的承力筒有限／C模型(左为承力筒I，右为承力简11)Fig．2TheFEMmodelofthecylinderbyfixingmethod(beforeandafteroptimization)图3承力筒I采用固支法的模态分析振型图(左为·阶，右为_二阶)Fig．3ThecalculatedmodalshapesoftheloadedcylinderI(beforeoptimization)byfixingmethod(theleftismode1

8、，therightismode2)图4承力筒II采用崮支法的模态分析振型图(左为一阶，右为：阶)Fig．4Thecalculatedmodalshapesoftheloadedcylinder