卫星虚拟振动试验仿真效果研究

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1、航天器环境工程第28卷第4期344SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2011年8月卫星虚拟振动试验仿真效果研究齐晓军1,3张逸波2，一，孙祥一1，满孝颖3，姜海坚3(1．国防科学技术大学航天与材料工程学院，长沙410073：2．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030；3．上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：对振动台关键部件建模后，获得了包括动圈、扩展头、滑板、加强板、牛头等部件的较为准确的有限元模型。针对某卫星模型与振动台模型集成后的组合模型进行了有限元振动响应计算。将

2、虚拟试验结果与实际试验结果、卫星传统仿真结果进行对比，通过分析卫星频率及响应量级来评价虚拟振动试验对卫星研制的意义。关键词：虚拟试验；仿真；有限元；振动台中图分类号：V416．2文献标识码：A文章编号：1673—1379(2011)04—0344—05DoI：10．3969a．issn．1673．1379．2011．04．0070前言航天器的振动试验成本高、周期长、风险大，而且受到试验设备和测点数量的限制不能全面获得试验件各个部分的响应特性，因此在有些情况下不能仅仅以振动台试验结果作为结构、产品设计的唯一依据¨。J。

3、虚拟振动试验方法是指利用已有的整星动力学模型结合试验系统力学模型进行虚拟振动试验，求解出整星的强迫振动响应。该方法较实际振动试验具有方便、省时、成本低、风险低等优点，且由于试验系统的参与，其计算结果更为精确。目前我国对于虚拟振动试验的研究已取得了一定的成果，文献[2]、[4】介绍了振动台的关键部件动圈的仿真建模，文献[1]、[5]详述了虚拟振动试验中整个试验系统的搭建方法。本文将以文献[4]的建模方法为基础，通过对振动台关键部件的建模，获得了动圈、扩展头、滑板、加强板、牛头的有限元模型；并针对某卫星开展了虚拟振动试验

4、；将虚拟试验结果与实际试验结果、卫星传统仿真结果三者进行对比，通过分析卫星频率及响应量级来评价虚拟振动试验对卫星研制的意义。1振动台结构建模1．1振动试验系统简介振动台有电动式、机械式和液压式三类，其中电动式振动台应用最为广泛。由于普通的振动台尚不具备多轴向同时激励的能力，因此卫星的三个轴向振动试验只能单独依次进行。下面介绍电动振动台的构成及其建模。电动振动台系统主要由控制采集系统、功放、振动台三部分组成，其中振动台是主体设备，因此建立振动台的精确结构模型是虚拟振动试验的关键。振动台由运动部件和支撑部件两大部分组成，

5、其中运动部件又是振动台的主体。运动部件在垂直向由动圈、扩展头、夹具组成，在水平向由动圈、牛头、滑板、加强板、夹具组成。1．2振动台建模本文建模工具采用SolidWorks软件，支撑部件由边界条件代替，各部件参数修正参照文献[4]的方法，即通过质量来修正密度，通过对比计算频率与试验频率来修正弹性模量；采用CosmosWorks软件进行有限元计算。试验采用激振器悬吊法模态试验。收稿日期：2010．10．17；修回日期：2011．06．28基金项目：“十一五”共性课题“卫星虚拟试验技术”作者简介：齐晓军(1971一)，男，

6、研究员，主要从事卫星力学试验方法及设备的研究；E-mail：qixiaojun@163．corn。张逸波(1980一)，男，主要从事卫星力学试验方法及设备的研究：E-mail：zhangyb509@163．tom。蔓皇塑查堕墨茎；里星宣型堡型垫墅堕基塾墨婴塞!笪12．1多材料部件1)动圈动圈是振动台的最重要部件，它由平台骨架和线圈两部分组成。动圈的台面与骨架连为一体成为平台骨架，其材料为铝合金，台面上分布32个钢套。线圈部分由铜质矩形导管和环氧树脂组成，其中矩形导管用于通电和冷却水，环氧树脂则起到固定与绝缘的作用。由

7、此可见，动圈的建模涉及到多材料问题，完全建模将会非常复杂，不利于后续的网格划分和计算，因此需要进行简化，包括：除去32个钢套并把线圈部分建为实体；骨架部分的材料以铝合金为主体，不锈钢为辅：线圈部分的材料以铜为主体，环氧树脂和水为辅。通过修正材料属性中密度和弹性模量这两个参数使模型与实物的质量和刚度一致。经过这两个参数的修正再加上建模时所提供的精确的尺寸和位置数据，即可认为模型基本与实物等效。动圈的三维模型及有限元模型见图l。口n(砷三维模型(b)百限兀模型图1动圈三维模型及有限元模型Fig1Three—dimensi

8、onalmodelandfiniteelementmodelofarmature2)扩展头扩展头用以扩大振动台台面尺寸并起到辅助支撑的作用，由扩展台面和支撑框架组成。扩展头的运动部件为扩展台面，因此仅对扩展台面进行建模，而支撑框架则在计算时通过施加边界条件来代替。扩展台面由两种材料组成，内部为发泡填充材图2扩展头三维模型及有限元模型Fig2Th