航天器子结构模态综合法研究现状及进展

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1、第36卷第3期2010年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．36，No．3Jun．2010航天器子结构模态综合法研究现状及进展杜飞平-。谭永华2，陈建华1，黄道琼-(1西安航天动力研究所，陕西西安710100；2航天推进技术研究院，陕西西安710100)摘要：现代航天器结构十分复杂，无论采用计算方法还是试验方法进行分析都是十分艰难的。在这样的研制背景下，子结构模态综合法应运而生。系统地回顾和总结了三大类子结构模态综合法的发展历程和相应的改进，介绍了该方法在航天工程上的应用。采用该方法可极大地提高航天器型号的研制效率。提

2、出了子结构模态综合法面临的问题。关键词：模态综合法，结构动力学，模态试验中图分类号：V416．2文献标识码：A文章编号：(2010)03—0039—07Statusandprogressonsubstructuralmodalsynthesistechniquesiorspacevehicles’‘'●^'‘1DuFeipin91，TanYonghua2,ChenJianhual，HuangDaoqion91(1Xi'anAerospacePropulsionInstitute，Xi'an710100；2AcademyofAerospacePropul

3、sionTechnology，Xi"an710100)Ab自删：Thestructureofthemodemspacecraftisverycomplicatedeitherforthecalculationanalysisorthetestanalysis．Thusthesubstructuremodalsynthesismethodappeared．Thispapersys-tematicallyreviewedandsummedupthedevelopmentandprogressofthethreekindsofsubstructuremoda

4、lsynthesis，andalsointroducedapplicationofthismethodinaerospaceengineering．Themethodcanimprovetheefficiencyofthespacecraftdesign．Finally，problemsinapplicationofthesubstructuremodalsynthesismethodismentioned．K何words·modalsynthesistechnique；structuraldynamics；modalexperiment收稿日期：20

5、09—12-07：修回日期：2010—01—28。作者简介：杜飞平(198争_)，男，硕士研究生，研究领域为液体火箭发动机结构动态特性。火箭推进2010年6月0引言我国的航天技术经过四十多年的发展，已经在一些关键技术领域取得了突破，达到了世界先进水平，例如神舟飞船的多次飞行成功。以及我国下一代液氧煤油火箭发动机试车成功。航天器结构受随时间变化的动载荷，与仅受不随时间变化的静载荷时所表现出的力学现象是不同的。结构受恒定静载作用时，可能远远小于其许用应力，但同样的动载荷作用时，可能会使结构破坏，即使不造成破坏，也会影响结构的正常工作。这样的事故发生了很多，

6、例如1962年“东风二号”火箭在飞行试验中，由于发动机和箭体产生了耦合振动，69s时坠毁在发射台附近。随着航天技术往深空探测的方向发展，航天器所承受的动态载荷和动力学环境越来越复杂，传统的经验设计、类比设计和静态设计方法已不能满足工程设计要求，因此对其进行动力学研究显得格外重要。对工作于动态环境中的航天器进行动力学分析是必不可少的。例如，发动机推力室燃烧激励对结构的作用，火箭动态载荷对卫星的传递，大型火箭导航陀螺的位置安排等，都必须考虑各相关部件的模态参数，所以必须进行相关的计算和试验。即使不在动态环境中工作，也要考虑在偶然动态载荷下结构的动态响应问题

7、【l】。现代航天器结构十分复杂，无论采用计算方法还是采用试验方法都是很艰巨的任务。例如对运载火箭进行有限元分析时，需要将其离散成几万甚至几十万个自由度，对这样大型的复杂结构进行整体动态特性分析往往受到计算机硬件的限制，所以必须寻求更加高效的解决途径。在这样的工程研制背景下，动态子结构方法应运而生，这种方法突破了硬件的限制，实现小机算大题，利用子结构的数据资料降低了试验的难度、缩短了分析的周期，将测试理论与分析方法结合起来，便于结构的修改和优化闭。从上世纪70年代起，子结构模态综合法已在工程上得到了应用，不仅用于大型复杂结构的动力分析，而且用于随机振动、

8、非线性振动、流固耦合及冲击等各类复杂问题。1模态综合法的研究概况动态子结构方法的基本思想是“化