构架式天线柔性动力学建模与展开精度分析

构架式可展开天线具有结构非线性强、桁架系统复杂以及运动环节多等特点,通常被视作刚体系统进行建模分析。然而多刚体动力学方法在求解复杂的连杆结构时,难以处理数量大、非线性强的铰接间隙模型,因此并不能准确还原真实的结构特性,给构架式天线的地面展开验证带来很大困难。本文建立了一套适用于该型天线的柔性多体动力学模型,通过引入微小弹性形变来消除铰链间隙对天线展开的影响,并在型面精度方面与期望的天线展开模型进行了比较说明。在确保不影响结构真实性的前提下,通过降阶、引入稳定系数等手段提高了柔性体单元计算效率。通过约束方程的设计与模块拆分求解等方法,消除结构非线性的影响。解决了针对构架式可展开天线的复杂桁架系统强非线性动力学的高精度建模问题,为构架式天线的仿真提供了技术手段。

绳控多模块固面天线展开动力学分析与优化

针对一种扭簧驱动的双绳控固面天线,建立了基于欧拉-拉格朗日方程的天线展开动力学模型,研究了绳索张力对天线展开运动参数的影响。对绳控天线反射面系统的完整展开过程进行动力学仿真,得到仿真中的展开情况与数值计算结果相符,验证了理论模型的正确性。为了使天线反射面充分展开,采用序列二次规划算法(sequential quadratic programming,SQP)分别在无绳和有绳控制系统中,对驱动扭簧进行优化设计,通过优化使得展开更为合理并减少了反射面的展开包络空间。研究表明,通过引入绳索系统能够提高天线展开过程的稳定性,有效降低了各铰链关节处的负载峰值。研究结果可为绳控固面天线的展开过程设计提供理论指导,并具有实际工程意义。

航天器结构变形几何重构技术研究

为解决航天器工作过程受力发生变形使计算网格模型无法实时更新的问题,引入了结构变形几何重构思想。采用多款工程软件协同,根据静力学分析的变形结果依次转换导出、曲面修复及壳体实体化等步骤进行几何重构,实现模型的实体生成。研究计算机图形学的点云库作为另一种几何重构思路,包括点云边界识别、曲面拟合、面组缝合及实体化等算法生成标准实体文件。以中国空间站模型为对象,出舱牵引系统中的导轨作为主要结构件,采用工程软件方法实现了导轨变形的几何重构,验证了航天器结构变形几何重构技术在载人航天领域应用的可行性。

二维分布动载荷识别的频域方法

运用频域法在广义正交域中识别二维分布动载荷。基于数学拟合理论,二维动态载荷在广义正交域中可分解为二维正交函数的级数形式,未知的二维分布动载荷就可以表示为各阶正交基函数线性叠加,这时未知的复杂分布动载荷的识别就可以转化为简单的正交拟合系数的识别。根据线性系统的叠加原理,将待识别载荷的分解基函数看成已知分布动载荷作用于结构时,结构的响应与待识别载荷作用下结构的响应成线性关系。只要结构实测的响应点数大于待识别的系数,就能求出各系数,因而就可以识别分布动载荷。通过计算机仿真验证该方法能有效识别二维分布动载荷,且能与有限元方法结合,识别复杂结构上的分布动载荷。该方法具有很好的通用性,能简单方便运用于工程结构,能很好地抑制噪声的干扰。仿真试验说明该方法具有很好的识别精度。进一步的试验验证了该方法工程适用性。

复杂结构移动载荷识别的有限元法

在正交域中运用有限元分析技术,将任意复杂结构上移动载荷的识别转化为正交多项式拟合系数的识别,由响应和激励之间的线性关系识别出拟合系数。该方法适用任意边界条件的复杂模型,且能识别速度变化的移动载荷。文中讨论了连续载荷在有限元节点上的等效问题,通过仿真和实验验证该方法简单、有效、抗噪性较好,适用于复杂的工程结构。

二维分布动载荷识别的矩量方法

运用张量理论在高维正交空间建立高维矩量基函数,利用其正交性质,将待识别的二维分布动载荷表示为待定系数的高维正交函数级数形式,根据二维结构的动力学方程在时域中建立识别模型,根据结构的稳态响应识别高维正交函数的待定系数,从而识别二维分布动载荷。将识别模型与有限元方法相结合,建立了通用的复杂结构二维分布动载荷识别模型。仿真算例验证了模型的正确性和抗干扰能力。

具有连续分布梁模型动载荷的识别技术研究

用正交多项式拟合的方法对连续系统的分布动态载荷进行识别的技术,为用有限的测量信息进行连续系统分布载荷的识别提供了可行的方法。该方法只须获取足够的测量点的响应来识别分布载荷正交多项式的系数,满足识别的精度要求,同时对测量点的位置无特殊限制。实际工程中进行载荷识别时,很多结构只能测量到部分位置的响应,这时该方法能很好地解决这类问题。该方法对测量数据噪声的灵敏度较小,具有很好的抗干扰能力。通过计算机仿真,证明了该方法理论的正确性和工程应用的可行性。

车-桥耦合系统动力学建模与响应分析

车辆行驶过桥时,车与桥之间存在相互耦合作用。本文根据车的三种简化模型,分别建立了车与桥结构相互耦合作用的动力学模型,并给出桥结构在两轴车载荷作用下的动响应计算方法,该方法很容易推广到更一般的多轴车载荷作用的情况。文中通过数值算例计算了基于车的三种简化模型桥梁的响应,将三种计算结果与实验数据比较,证明二自由度的车简化模型为最优,此时桥梁的弯矩响应与实验结果能较好地吻合。

基于气浮台的卫星惯量测试方法

卫星的转动惯量是卫星在轨运行时控制器设计过程中的重要参数,也是描述卫星特性、开展地面半物理仿真实验的基本参数。根据单轴精密轴系气浮转台扰动力矩小的特点,采用扭振法测量某微小卫星的转动惯量。该测量方法工程操作简单,测量成本低,测量误差小。

分布动载荷识别的二维小波-伽辽金方法

根据张量积二维小波理论,利用Daubechies小波的正交性,建立了基于梁结构动力学方程和有限元方程的一维分布动载荷的识别方法,即二维小波-伽辽金方法。该方法将动力学方程和有限元方程由时域转化到小波域中,从而将时域中复杂的卷积关系变成小波域中简单方程组的求解。仿真算例表明,该方法能有效识别一维梁结构上的分布动载荷且计算效率较高。

电分离连接器对小卫星星箭分离干扰分析

电分离连接器是否成功分离是卫星与火箭分离过程中一个重要的环节。文章以某小卫星为工程背景,根据电分离连接器具有电分离(正常)和机械分离(非正常)两种工作模式,给出了小卫星在正常分离模式和非正常分离模式下的分离时序,建立了两种分离模式下的分离力学模型,开展了电分离连接器分离的仿真分析。结果表明:正常分离模式下,分离不存在干扰;非正常分离模式下存在少许分离干扰,但卫星可以实现安全分离。

微小卫星太敏安装角度测量及精度分析

卫星在轨运行需要卫星太敏与动量轮之间的精确角度值作为控制参数,卫星在振动试验前后该角度的精度变化是考核卫星结构设计的重要指标。运用由多台高精度电子经纬仪组合而成非接触式测量系统,结合卫星结构的复杂性及动量轮和太敏安装位置的特殊性,测量某微小卫星太敏与动量轮之间的夹角在振动试验前、后的变化值。该测量系统能有效运用于卫星角度测量,测试精度满足要求,测试数据可以作为卫星在轨姿态控制参数。

复杂分布动载荷识别技术研究

复杂结构的分布动载荷识别技术是动载荷识别技术的难点之一。本文推导了基于广义正交多项式特征技术动载荷识别模型,解决了在一定精度范围内通过有限测量点的振动信息识别具有无限未知量的分布动载荷关键技术,通过动态标定技术的研究和复杂结构有限元模型数值仿真计算,验证了方法的正确性、有效性和工程可用性,适用于具有确定性分布的稳态振动载荷识别,为分布动载荷识别技术的发展打下一定的基础。

结构连续分布的动态随机载荷识别方法研究

复杂结构连续分布的动态随机载荷识别技术是结构动载荷识别技术的难点之一。推导了基于广义正交多项式特征技术动态随机载荷识别模型,解决了在一定精度范围内通过有限测量部位随机振动响应信息识别无限未知量的结构分布动态随机载荷的关键技术,通过动态标定技术的研究和复杂结构有限元模型数值仿真计算验证了方法的正确性、有效性和工程可用性,适用于具有沿结构分布的振动随机载荷识别,为分布动态随机载荷识别技术的发展打下一定的基础。

双立柱式堆垛机碰撞振动与仿真分析

双立柱式巷道堆垛机的货笼和立柱存在间隙,在加速运行过程中发生碰撞,引起货笼和立柱的结构振动,限制了堆垛机运行速度并且降低了其安全性能。针对此问题,基于模态综合法,利用Nastran计算了立柱框架结构模态,通过锤击试验验证了有限元模型的正确性,将模型的模态中性文件(modal neutral file,简称MNF)导入到ADAMS软件中,建立了刚柔耦合的堆垛机虚拟样机。比较分析了失效模态振型与能量法进行模态截断的计算精度和适用性,并根据试验测得的加速度响应数据验证了动力学模型的准确性。在此基础上,调整货笼与立柱的间隙,再次计算了紧急制动情况下堆垛机的振动响应。研究结果表明,运用能量法进行堆垛机的模态截断能在保证精度的基础上提高计算效率,控制堆垛机立柱与货笼的间隙可以减小堆垛机的振动,对提高堆垛机的运行速度和安全性能具有重要意义。

结构特性分析在微小卫星结构设计中的应用

根据微小卫星上设备布局及受力特性,提出了两种卫星主承力结构,并通过合理简化,建立了整星的有限元模型。通过模态和静力分析对两种结构设计方案进行对比,表明隔板在提高整星基频及保护太阳能电池基板方面具有重要作用,给出了以隔板作为卫星主承力结构的更加合理的设计方案。文中的力学分析结果为卫星的结构设计方案提供了可靠依据,并对卫星力学试验具有指导意义。

桥梁结构移动载荷识别的新方法

桥梁结构的移动载荷识别技术是桥梁工程建设的技术难点之一。本文在载荷匀速移动的基础上,将时域识别的方法推广运用到变速运动的载荷,运用广义正交变换技术研究了移动载荷识别的新方法,并推导出了在广义正交域下移动载荷识别的数学模型。通过计算机仿真算例验证了该理论的正确性及在工程运用中的可行性。该模型适用于桥梁结构的移动动态载荷识别,为移动载荷识别技术的发展打下一定的基础。

微小卫星动力学环境试验技术及试验数据分析

文章重点针对某微小卫星力学环境要求,对模拟环境试验进行了相关设计,并对整星正弦和随机振动试验的数据结果进行分析处理,同时在试验前后利用光学经纬仪对整星结构进行了精度测量。通过试验和测量结果验证了初样星整星结构的合理性,而且针对试验中所存在的问题给出了相关解决办法。该文对同类型微小卫星的力学试验验证工作有一定的工程参考价值。

RV减速机中曲柄轴与滚动轴承接触力有限元分析

基于赫兹接触理论,并结合有限元接触分析的方法,以RV减速机为研究对象,在考虑减速机实际工作时的运动特征下,利用SolidWorks、ADAMS、MSC.Patran及Nastran构成有限元联合仿真平台,针对RV减速机主要传动零部件进行动力学仿真分析,验证了虚拟样机建构模型的正确性及减速机工作时的运动规律。并且根据动力学的仿真计算结果,对曲柄轴及滚动轴承进行静力学仿真计算,得到了曲柄轴与滚动轴承之间的接触力大小和分布规律,为更精确、更有效地研究RV减速机提供参考。

航天员出舱牵引构型设计与结构响应性能评估

针对航天员出舱过程所用安全绳锁挂频繁的问题,进行了安全高效的航天员出舱牵引系统构型设计,可作为太空行走的辅助导向装置。基于材料结构弹塑性力学方程与含应变耦合项的热传导方程,推导结构热力响应可计算数学模型,利用Newmark方法以及Crank-Nicolson数值格式分别对热弹性方程和热传导方程进行时间域上的离散,构造金属结构响应无条件稳定隐式有限元格式,搭建了温度场与位移场相互影响热力耦合有限元算法(FEM)性能评估软件系统,以此对牵引系统的导轨进行热力耦合数值计算,得到在太阳辐射外热流载荷作用下具有较强抗变形能力的结论。计算了航天员采用牵引系统出舱时对导轨产生的拉力,并借助ANSYS Workbench对导轨进行静力学求解,验证了该牵引系统具备结构强度可靠性,可为空间站建设舱外作业平台提供重要理论分析依据与设计参考。