基于能量有限元法和虚拟模态综合法的高频冲击响应分析方法

为了分析结构受到高频冲击载荷激励后的瞬态响应,提出了一种基于能量有限元法(EFEM)和虚拟模态综合(VMSS)法的高频冲击响应分析方法。通过能量有限元法进行高频稳态分析,获得结构频响函数(FRF)的频段平均值,然后结合虚拟模态综合法得到虚拟模态振型系数,最后通过Duhamel积分获得结构在高频冲击载荷作用下的瞬态响应。对一简支梁模型进行算例分析,将本文方法的结果与传统有限元法(FEM)和统计能量法(SEA)的分析结果进行对比,验证了所提方法的有效性,也表明该方法具有模型简单、分析速度快等优点。

基于SEA的空间光学遥感器冲击响应预测

为了对空间光学遥感器进行冲击响应预测,提出了一种基于统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)原理的新方法;基于稳态SEA推导了瞬态SEA的能量流平衡方程,结合虚拟模态综合与仿真方法(Virtual Mode Synthesis and Simulation,VMSS)和SEA方法进行空间光学遥感器的冲击响应预测;首先根据SEA原理,建立了典型空间光学遥感器的简化SEA模型,采用理论计算和试验测试的方法,得到了该模型各子系统的模态密度、内损耗因子、耦合损耗因子;在火工品附近安装冲击加速度传感器,点火起爆,测得冲击加速度时域曲线,以该测试数据为分析模型的输入,基于SEA方法进行冲击响应分析,得到反射镜子系统、遮光罩子系统、载荷板子系统的冲击响应谱曲线,该曲线与试验数据比对表明,在低频段由于模态密度较低,预测精度较差,在高频段其一致性小于4d B,从而验证了该方法在结构高频冲击响应预测的有效性。

复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题,以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先,推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点,建立了有限元-统计能量分析(FE-SEA)混合模型,并进行响应计算,获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线,为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后,对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后,将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明,联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。

破冰航行工况下的极地运输船舱室噪声评估

极地运输船在破冰航行工况下受冰载荷的作用会产生瞬态冲击噪声,同时其螺旋桨激励力会发生改变,从而影响舱室噪声。由此,对极地运输船舶在破冰航行工况下的舱室噪声评估方法进行研究,采用统计能量法与虚拟模态综合法相结合的方法进行评估,当在低频段下采用该方法所得结果的精度难以满足要求时,采用有限元法和边界元法进行评估。从模型简化、噪声源激励确定和计算评估等方面阐述评估的系统化流程,重点考虑冰载荷对舱室噪声的影响,为破冰型极地运输船舱室噪声评估方法的规范化提供参考。

直板叶片冲击振动响应试验的动力学相似设计方法

针对直板叶片受冲击载荷激励瞬态响应难以预测的问题,提出一种冲击载荷作用下的虚拟模态能量相似方法(Similitude based on virtual mode and statistical energy, SVMSE)。采用统计能量分析、虚拟模态综合法和动力学相似理论相结合的方法,推导直板叶片在冲击载荷作用下时域和频域的响应相似关系,并通过设计实例,采用数值仿真验证所提出SVMSE动力学相似设计方法的有效性和正确性,结果显示,预测的加速度时域响应基本与原型结果保持一致,冲击响应谱的预测误差小于2dB。此外,试验结果表明直板叶片的加速度时域响应与仿真结果一致,冲击响应谱在整个分析频段内误差小于6 dB。因此,SVMSE相似设计方法能够预测直板叶片的冲击响应,为航空发动机直板叶片受高频冲击载荷的模型试验研究提供理论基础。