大型捆绑火箭模态试验／分析的相关性研究

本文给出大型捆绑运载火箭模态试验/分析结果的相关性研究方法和研究结果。相关性研究表明,试验/分析结果的相关性相当好,大型捆绑火箭动特性计算的分析模型是精确的。     

商用大力神双有效载荷舱模态试验及模态相关

双有效载荷舱组件由马丁·马丽埃塔宇航集团研制,它可使一枚大力神运载火箭发射两个单独的有效载荷。双有效载荷舱设计的验证包括地面模态试验,用来和有限元载荷模型进行相关比较。正如许多航天结构的模态评定一样,技术目标包括用传统的正交目标确定45Hz以下的所有主振型,并用正弦激励检验线性。这一计划的主要目标是在最短的时间内完成模态试验和模型相关,以支持载荷分析验证工作。这部分工作必须在第一次飞行前完成,因此进行试前分析、模态测定和一系列相关此较必须用先进且有效的方法。模态试验和模态相关在马丁·马丽埃塔宇航集团支持下由结构动力研究协会(SDRC)完成。详细的试前分析工作完成了所有传感器位置的确定和激励(驱动所关心的振型)位置的选择,所以全部试验在3天内就完成了。对大多数由载荷引起的主振型,试验结果与试前分析预示结果符合得很好。与模型的最终相关结果得出所有主振型的试验与分析频率相差在4％范围内;交叉正交值为0.90或更大。     

捆绑式运载火箭的一体化模型降阶

以捆绑式运载火箭为对象,开展先局部后整体的一体化模型降阶技术研究,其中局部降阶采用双协调自由界面模态综合法,整体降阶采用内平衡准则.将双协调自由界面模态综合法与自由界面模态综合法和固定界面模态综合法进行对比,显示出双协调自由界面模态综合法的优越性.数值仿真结果验证了一体化模型降阶方法的有效性.     

基于油气支承自由边界模拟的全箭模态试验技术研究

为了验证基于油气支承自由边界模拟开展全箭模态试验的工程应用,分别开展了基于小型油气支承系统验证方法和全箭模态试验应用可行性研究,对油气支承单元和系统进行了验证方案设计和实施,并对油气支承系统的关键设计指标、系统功能、稳定性和可靠性进行测量验证。最后开展某型号运载火箭的油气支承自由边界模拟和弹簧钢索悬挂自由边界模拟的全箭模态验证对比试验,验证了试验技术的可行性和有效性,也为未来大型运载火箭的研制提供试验技术支撑并积累了工程经验。     

快速响应运载火箭效能评估研究

通过对快速响应固体运载火箭使用活动剖面的分析,建立评估指标体系.以改进的指数模型和层次分析法理论作为技术研究方案,以某型快速响应运载火箭为例进行实例分析,分析结果符合装备实践使用的客观状态,验证了快速响应运载火箭指标体系构建方法的正确性和综合评价模型的适用性,对提升快响火箭的实际能力具有一定的指导意义.     

捆绑火箭的横向振动模态

火箭箭体的振动模态数据,以前主要是由全箭振动试验取得的,其实也可以由计算获得。本文阐述了用逐点计算法求解捆绑火箭模态的计算模型和计算方法,并对带助推火箭的火箭模态进行了分析。     

运载火箭起飞载荷分析用的残余柔度法

本文介绍了运载火箭起飞载荷动态分析用的一种新方法。运载火箭用其自由-自由模态表示!并加上发射台连接界面处的残余柔度项。发射台以结构刚度和质量矩阵,或者以模态综合形式加以模拟。这种组合公式对于运载火箭/发射台静态界面是极其精确的,因而能提供精确的界面载荷和瞬态响应。采用极好的数字调节技术能容易地模拟运载火箭从发射台分离情况。惯性坐标系统能确定完整的载荷向量,从而简化了分析和数据校正。     

截锥壳在强脉冲载荷作用下的动响应分析

研究了截锥壳受到迎风面呈余弦分布的强脉冲载荷作用时产生的瞬态响应.为此首先建立有限元模型,进行模态分析,用模态试验结果验证模型的正确性.接着对这一模型,加上余弦分布强脉冲载荷,用MSC/NASTRAN大型程序完成动响应计算,与化爆加载试验测量结果比较,观察上述计算结果的有效性.     

火箭动特性的缩比模型及建模分析

论述了国外运载火箭动力学相似模型的研究动态，对缩比模型设计和制造中的有关问题进行了讨论，对缩比模型的三维建模理论和建模方法进行了研究，探索了采用NASTRAN的RBE3单元进行液体推进剂模拟，采用DMAP程序语言进行了矩阵缩减和模态质量矩阵的提取，并以CZ-2E／A火箭缩比模型为例，进行了理论与试验的相关性分析。     

基于模态相关性和模型修改的发动机整机模态分析

建立了发动机实体和有限元模型,介绍了计算模态分析和模态相关性分析的一般方法与理论.对某发动机整机进行了计算模态分析,得到其计算模态频率以及相应的振型.通过试验得到试验模态频率及振型,对所建立的试验和计算模型的模态相关性进行了计算和评估,得到计算和试验模态间的MAC矩阵及各自由度上的Co-MAC结果;利用模态相关性结果,修正原始有限元模型,从而提高了其模拟实际结构的精度,并为基于此有限元模型的更高精度动态分析模型的建立奠定了基础.     

平地机后机架模态分析及动力修改

在ANSYS软件中建立某平地机后机架有限元模型,利用软件中的Block Lanczos法进行理论模态分析,并与模态试验进行对比,从而验证了模型的可靠性.为减小理论模态分析与试验模态分析结果的误差,把弹性模量作为修改参数,对有限元模型进行动力修改.分析结果表明:修改后合理的弹性模量为193 GPa,各阶模态下固有频率计算值与试验值的误差均低于1%.后机架有限元模型经过动力修改后的仿真准确度明显提高,更好地反映结构动态特性,适合做更多的理论分析.     

试验-分析模型减缩方法的比较

将有限元模型的质量和刚度矩阵减缩为试验-分析模型(其自由度对应于模态测试加速度计的位置)的方法有几种,这里比较了其中4种——静态减缩法(Guyan法)、改进的减缩系统(IRS)法、模态减缩法和复合式减缩法的精确性和完善性。用两个算例进行了比较:一个一般航天器的简单有限元模型与模拟试验数据的比较和一个大型航天结构的预示有限元模型与相应的模态测试结果的比较。算例研究表明,减缩过程的质量是一不取决于具体减缩法的问题,任一减缩法并不明显优于其他方法,但改进的减缩系统法对静态法作了改进,复合式减缩法对模态减缩法作了改进。本文在每种减缩法之后还介绍了理论性内容。     

运载火箭结构动力分析的一些新技术第二部分:运载火箭结构动力学分析

总结了运载火箭结构动力学的研究,简要介绍结构动力分析技术的一些新技术,提出子结构试验模型综合技术,子结构试验模态综合技术和几种精确模态综合法,这些技术已用于分析大型捆绑式火箭动力学特性。     

运载火箭结构动力分析的一些新技术第一部分：模态综合技术

总结了运载火箭结构动力学的研究,简要地介绍结构动力分析技术的一些新技术,提出子结构试验模型综合技术、子结构试验模态综合技术和几种精确模态综合法,这些技术已用于分析大型捆绑式火箭动力学特性。     

转移轨道级的模态测试

转移轨道级是一个把航天飞机有效载荷转移到高地球轨道或星际轨道的上面级。为了进行耦合载荷分析需要对转移轨道级有限元模型进行试验验证。这个模型必须满足航天飞机边界条件。这些条件在各平动方向制约五个界面耳轴。由于转移轨道级尺寸以及设计、制作一个能代表航天飞机边界条件的夹具所需的费用与时间等原因,应用模拟自由一自由结构试验。由于未使用耳铀,测出0～50Hz自由-自由振型的相关度不能使耦合载荷分析模型完全有效。为了使这部分模型有效,选择残余柔度法。这个方法测出航天飞机边界条件所有约束位置的频响函数。尔后调整有限元模型,使之与自由一自由振型和剩余柔度项一致。本文介绍了剩余柔度法与模态试验结果,并描述了相关过程和获得有效载荷模型的方法。     

利用构件振型合成法进行组合实验/分析模拟

本文评价对单梁结构按组合实验/分析模型计算得的模态频率和由此模型取得的振型形式的精确度。该结构分成两个分系统,一个分系统经过试验取得了自由-自由振型。利用构件振型合成法把一个分系统的实验模态数据库直接与另一个分系统的有限元模型耦合在一起,以组成整个结构的实验/分析模型。测量了实验分系统界面上的振型形式和残余挠度的平移元和旋转元,且在耦合时作了应用。把由组合实验/分析模型取得的模态频率和振型形式与整个结构的基准有限元模型的模态频率和振型形式作了比较。同时还检查了构件振型合成法模型预示值对确定一个分系统所需的模态参数和残余挠度误差的敏感性。     

橡皮绳悬挂系统对细长体飞行器地面模态试验影响分析

以细长体飞行器橡皮绳模拟自由-自由边界模态试验为研究对象,通过有限元建模模拟,计算分析了不同悬挂刚度、不同悬挂位置橡皮绳悬挂系统对细长体飞行器地面模态试验结果的影响大小,影响因素,影响规律,提出了减小试验误差的方法,对细长体飞行器橡皮绳模拟自由-自由边界地面模态试验具有参考意义。     

飞船结构系统辨识与动力鉴定的模态评定试验

模态评定试验逐渐成为飞船结构鉴定过程的一部分,因为它能对动力有限元分析确定的主振型参数进行实验检验。另外,它能辨识结构阻尼,阻尼数据是飞行载荷可靠性计算必须的参数。本文评述了包括相位共振法和各类相位分离法在内的现代模态评定试验的当前技术发展水平。讨论了模态评定试验结果在飞船结构动力特性鉴定中的使用,重点讨论分析结果和实验模态数据的相关。最近几年,由于采用测量的模态数据修改有限元模型极需有一个方便的方法,故对这方面的工作引起了极大的兴趣。     

转子系统冲击响应谱分析法研究

传统冲击响应谱分析计算方法如动态设计分析方法(DDAM)无法考虑阻尼效应,也无法求解运转状态下转子系统的冲击响应。提出了一种考虑阻尼效应的转子系统冲击响应谱分析方法,其中的阻尼模型选择了比例粘性阻尼模型,转子的旋转效应通过对系统施加一个幅值等于转子质量偏心惯性力的简谐激励力来模拟。该方法主要基于模态分析和线性叠加原理,通过模态分析、速度谱模态响应计算和最后的模态响应合成,得到了系统的最大位移响应和最大应力响应。用一个工程实例,比较了该方法与实时时域分析法的计算结果,误差在工程允许的范围之内,证明了该方法的有效性。     

用子结构试验结果预测航天飞机阻尼的综合法

本文发展了经验法,以便用各个子结构中测量的阻尼来预测组合平行级航天飞机模型的模态阻尼。首先确定每个部件的阻尼能量与峰值动能和模态振幅的函数关系。然后使用结果,预测存在于新组合系统模型中与各个动能和幅值相对应的部件阻尼能量。除阻尼外,系统的模志特性通过于结构赫梯(Hurty)法推导其功态方程,然后求解实特征值而获得。包括部件摸态阻尼的系统方程也通过复特征值逼近法求解,并与经验法的结果作了比较。实验模型部件是在铰链-滑动和自由-自由条件下进行试验的,组合模型是在自由-自由条件下进行试验的。研究了各种各样的阻尼和质量分布。可以发现,经验法提供的阻尼预测误差仅为10～20%,而复特征值结果的偏差高达300%。