《航天器中频段力学环境预示的混合线连接建模方法》.pdf

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1、第36卷第7期宇航学报Vo1．36N0．72015年7月Journa1ofAstronauticsJuly2015航天器中频段力学环境预示的混合线连接建模方法朱卫红，马兴瑞，韩增尧，邹元杰～．一¨一一T～d一一廿～e～一出～一"～一d一_薹～一_薹一～．～霎～刚一d一～(中国空间技术研究院，北京100094)摘要：针对航天器中频段的力学环境预示问题，提出了一种航天器结构混合线连接建模方法。首先应用波动理论推导了波数空间下的线连接动态刚度矩阵，然后通过构造线连接处的位移形函数，采用傅里叶变换技术建立混合线连接模

2、型。提出了模态插值、三角波和Shannon小波三种形函数构造方法，并对三类形函数的优缺点进行了对比。典型结构的仿真结果表明，提出的混合线连接建模方法具有较好的预示精度，可应用于航天器结构的中频段的力学环境预示。关键词：混合线连接；形函数；动态刚度矩阵中图分类号：V414文献标识码：A文章编号：1000—1328(2015)07-0747—08DOI：10．3873／i．issn．1000-1328．2015．07．001．AHybridLineJunctionModelingMethodofMid-Frequ

3、ency一M～e一ch～an～ica一l一～一一一一Ⅲ～～一一～一EnvironmentPredictionforSpacecraft～．一一～～一一一ZHUWei—hong，MAXing—rui，HANZeng-yao，ZOUYuan-jie(ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)～一咖ma，一～ew=-垂m三Ⅲ．-d一一吼呲一出d．集且随机特性影响突出，因此，统计能量分析和能量0引言有限元分析等都是比较有效的预示手段。但是在低准确预示航天器的力

4、学环境是指导航天器设计频和高频中间存在一个过渡频段(一般对于航天器和地面试验方案与条件制定的重要依据，但是航天系统级模型大约在300Hz～1kHz)，在该频段航天器在发射过程中经历的力学环境频率宽，一般在器各子结构或部组件之间的动力学特性差异大，此l0Hz～10kHz，很难采用单一的分析方法实现精确时传统低频方法和高频方法都无法准确地进行预的力学环境预示⋯。在低频段航天器结构和声腔示，这就是航天器中频段的力学环境预示问题。目的模态稀疏，有限元和边界元等基于单元离散技术前中频段的响应预示是航天器结构力学环境预示

5、的的方法最为常用；而在高频段，结构和声腔的模态密难点，也是国内外研究的热点，因此展开航天器收稿日期：2014-06-30；修回日期：2014-08-11基金项目：总装“十二五”预研项目(51334050101)748宇航学报第36卷中频段的预示方法研究具有重要的理论价值和工程应用价值。为了解决中频段的力学环境预示问题，2005年Shorter等提出了种混合FE—SEA中频预示方法／7+‘，(HybridFiniteElement—StatisticEnergyMethod)。该，

6、：方法首先将系统根据动力学特

7、性划分为确定性子系一一⋯／直接场混响场统和随机子系统，然后确定性子系统采用有限元方图1线连接的瓦接场和混啊场法建模，随机子系统采用SEA方法建模，最后耦合Fig．1Directfieldanddiffusereverberantfieldforlinejunction求解得到系统不同子系统的响应。该方法提出后受为混响场能量在线连接处产生的受挡混响力，到了广泛关注，目前国外已将其广泛应用于航空航天领域。我国航天工业部门也在“十一五”初为作用于线连接上的外载荷。耦合后的有限元的动力学方程可写为：期启动了该方法的理

8、论和应用研究，目前已完成了该方法的基本理论推导和部分仿真分析及试验验Dq=+∑’(2)证。，但是结合目前我国航天工程中频预示的实式中：D=D+∑D，D，为有限元模型的动际需求，仍然需要针对该方法从建模理论、工程应用刚度矩阵，q和分别为系统的总自由度和总外载和试验验证等方面展开更深入的研究。荷向量。由式(2)可给出总自由度的响应互谱：对于大型复杂航天器，不同部组件的连接形式S=DsD-"(3)通常复杂多样，总体可归纳为点、线、面三种基本连上标一H为共轭转置求逆运算符，力互谱矩阵包接形式，其中线连接是航天器结构中

9、一种比较普遍的连接形式，如星体壁板的交界处，又如卫星与火箭括外载荷互谱和混响受挡力互谱：连接的星箭界面等。如果线连接的两类结构刚度差=s+∑s(4)异大，这就是典型的中频预示问题。根据混合FE—式中：外载荷互谱由外载荷决定，受挡混响力SEA理论，需采用有限元方法对刚性较大的部件建的互谱未知，但通过直接场与混响场的互易关模，而柔性组件则采用统计能量方法建模，然后通过系可建立受挡混响力和混响场能量之间的