一个带间隙连接结构对梁基频漂移影响研究

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1、航天器环境工程第27卷第6期742SPACEcRAFTENVIRONMENTENGINEERING2010年l2月一个带间隙连接结构对梁基频漂移影响研究卫洪涛，孔宪仁(哈尔滨工业大学卫星技术研究所，哈尔滨150001)摘要：文章以一端夹支、另一端带套筒连接结构的梁作为研究对象，通过在连接结构中引入间隙非线性因素，分别研究了在连接结构处有无预紧力两种情况时在均布载荷作用下梁的非线性幅频响应。同时，利用改进的振型转化法及连续振型法对系统进行建模，采用伽辽金近似得到系统的非线性受迫振动方程；针对实际算例，用龙格一库塔法得到了其数值解，讨论了此算例梁的频率漂移结果，从而得到了对研究

2、航天器地面振动试验中的频率漂移现象有价值的结论。关键词：梁；非线性振动；间隙；边界条件中图分类号：0322：V416．2文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)06-0742-05DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2010．06．0170引言随着航天技术的进步，航天器构造趋向于复杂化，其结构的非线性振动是航天工程领域一直都非常感兴趣的课题，尤其是航天器地面振动试验中的频率漂移现象得到了研究人员的重点关注。航天器的基频在星箭力学环境中是最重要的参数之一，因此研究航天器频率漂移的机理对于航天工程具有重要意义，不但能够为航天器的设计和制造提供

3、重要参考价值，而且可以为抑制已经做好的航天器的频率漂移提供解决思路。一般认为，航天器的组成材料，如蜂窝夹层板以及某些组合的连接结构存在非线性因素，是整个航天器频率漂移的主要原因。本文研究了一个一端夹支、另一端带非线性连接结构的梁的非线性振动，主要目的是研究连接结构的非线性对整梁振动的幅频响应的影响。非线性边界条件下梁振动研究，前人的文献中已经有很多涉及了，如A．Ferri等在一系列的文章中【l-5】研究了梁的两端在不同边界支撑条件下的振动情况：文献【1】提出了一个航天器上的套筒连接结构的力学模型，该模型考虑了连接结构的间隙、阻尼及干摩擦力；文献【2】利用简化的套筒连接结构研

4、究了柔性梁系统的振动，利用单振型近似及数值方法得到了系统的幅频响应；文献【3】研究了阻尼和摩擦边界条件对梁的振动的影响，分别对3种不同的摩擦力情况进行了讨论；文献[4]研究的连接结构模型考虑了面内的弹簧力、梁与套筒内壁摩擦导致的面内摩擦力、套筒连接引入系统的横向剪切弹力及端点弯矩，利用线性振型，用伽辽金近似法研究了一端夹支、另一端具有套筒连接边界条件的梁的振动，着重讨论了系统的阻尼与连接结构模型参数之间的关系；文献[5]考虑了一个具有特殊边界条件的梁的振动，利用谐波平衡法和多振型近似数值积分法，研究了系统响应和边界条件参数之间的关系，对比了单振型和多振型研究对结果的影响。A

5、．Ferri等的工作在研究间隙的存在对系统响应的影响方面涉及比较少。s．M．Wiedemann研究了几种非线性边界条件下梁的振型，并且提出了一种求任意边界条件梁的振型的方法[6】。在研究梁振动系统中间隙对系统振动的影响方面，有如下代表：F．C．Moon等研究了一端夹支、另一端具有阻挡的悬臂梁的受迫振动，采取了类似振型转换的方法即单振型近似法和伽辽金方法，利用一个特殊点的振幅连续简化了系统的振动方程(这里称其为连续振型法以区别于振型转换法)，揭示了系统在此研究下的混沌振动【7J；H．Chuang研究了一端夹支、另～端具有带间隙的单线性弹簧阻挡的非线性振动，总结了在其收稿日期：

6、2010—05．28．修回日期：2010．12．07作者简介：卫洪涛(1982一)，男，博士研究生，专业方向为航天器结构非线性振动。E-mail：htwei@163．Corn．第6期卫洪涛等：一个带间隙连接结构对粱基频漂移影响研究743以前的文献研究中的两种方法即力积分法和振型转化法，并分别利用这两种方法对其模型进行了数值研究，讨论了阻挡弹簧的刚度与间隙大小对系统响应的影响【引。本文的研究主要基于A．Ferri的简化套筒连接模型，仅考虑端点的横向剪切弹力，给连接结构引入了间隙，利用改进的振型转化法以及连续振型方法，即采用伽辽金法推导了此条件下梁的运动方程，并且针对一个算例，

7、讨论了连接结构的间隙对梁的幅频响应的影响。1系统建模本文用以研究间隙对梁的非线性振动影响的系统模型如图l所示。一净芎二图1梁系统结构图Fig．1Schematicdiagramofthebeamsystemstructure在图l中：F为均布载荷激励力；尸(力为端点所加的预紧力；A为所加间隙；K为横向剪切反力刚度。与文献[8】不同的是，这里的端点边界条件为上下均有弹簧提供端点反力。1．1梁的运动方程图1所示边界条件的梁系统，根据端点位移的大小其运动方程有两种：悬臂梁运动方程和受连接结构限制的梁运动方程。当端点在间隙