智能空间桁架结构独立模态控制方法

采用现代模态滤波器（ＭＦ）技术和最优控制理论研究智能空间桁架结构的独立模态空间控制方法（ＩＭＳＣ）。仿真结果表明，按提出的控制策略，解决了传统ＩＭＳＣ控制中的状态解耦问题，使ＩＭＳＣ方法不再局限于简单、低自由度数的结构动力控制，对于智能空间结构，实施ＩＭＳＣ方法也是可行并且有效的。     

主动桁架模态的试验研究

以一个78杆空间桁架为试验模型，研究线性主动结构构型的试验问题。对构型主动结构及特性分析的试验技术做了实践。采用耦合模态空间的二次型最优控制算法，利用压电堆作动器，构型了主动桁架。采用dAPACE半实物物理仿真操作平台，分别测试了被动桁架和主动桁架的模态振型和模态参数，并测试了主动桁架在随机激励作用下的传递函数。结果表明，主动结构由于引入了控制系统而使得结构的阻尼增大，同时由于在压电作动器附近的杆单元的模态受到抑制，所以主动桁架的模态与相应的被动桁架的模态存在着较大的差别。     

空间太阳望远镜主桁架的模态分析与试验

根据1m光学主镜支撑系统的特殊要求,提出了空间主桁架结构的模态分析与试验方案。运用MSC.NASTRAN软件计算求得前几阶固有频率和振型, 分析出结构存在局部模态。用自由悬挂、单点激振多点拾振法进行模态试验,CADA-X软件辨识模态参数, 结果验证了结构隐含的薄弱环节。计算与试验得到的模态参数相对误差在7.9%内,说明模态分析与试验的方案可行。分析了试验误差和结构产生缺陷的原因,为整星改进设计与光学装校提供可靠依据。     

织物复合材料空间可展桁架模态试验与分析

航天器正朝着大型化、轻量化和模块化的方向发展。由织物复合材料制成的空间可展桁架结构,作为航天器的组成结构有广泛的应用前景。以一个由织物复合材料制成的空间可展桁架结构为研究对象,开展了微重力环境下的模态试验和仿真分析。结构主要由空心圆管、三角形隔板和斜加劲索组成。模态试验采用气动-电磁悬挂系统实现结构重力卸载,模拟微重力环境。仿真分析中,空心圆管由织物复合材料构成,假设为正交各向异性材料结构;三角形隔板由铺层复合材料构成,假设为各向同性材料结构;考虑斜加劲索的预应力对结构刚度及斜加劲索自身有效弹性模量的影响。最终得到的仿真结果与试验对应关系良好,对大型预应力空间可展桁架研究具有参考价值。     

空间桁架结构减振设计与试验验证

空间桁架结构由于管壁刚度大、末端载荷悬臂安装,传统直接敷加约束阻尼层的方法,减振效果并不明显。通过减振优化技术,设计出空间桁架和航天载荷的最优结构。这是一种打断长管结构,在打断后短管上敷加自由阻尼层,通过胶黏剂来进行连接。这种结构与直接在长管上敷加约束阻尼层的结构相比,减振效果更好,质量也更轻。采用BK测试系统,对原始模型和打断长管新模型进行了振动试验过程中的数据采集,得到了空间桁架结构在X、Y、Z 3个方向上载荷测点的加速度响应情况。试验结果表明,打断长管方案结合敷加黏弹性约束阻尼层的方法结构简单、易于实现,能有效降低桁架末端航天载荷的振动水平,对其他空间结构的减振设计具有重要的借鉴意义。     

空间桁架结构动力学形状优化设计

在多阶固有频率约束条件下,采用“渐进结点移动法”,对空间桁架结构的形状进行优化设计,使结构重量达到最小。首先分析固有频率相对结点位置的一阶导数,确定结点移动的效率,即灵敏度数。根据灵敏度分析结果,优先移动效率较高的结点。然后,利用库恩-塔克优化条件检验所得结果,保证优化过程收敛于最小重量设计。最后,用二个典型数值算例验证本文算法的有效性和可靠性。     

基于应变模态分析的桁架结构损伤检测

选用桁架结构作为研究对象,应用应变模态分析方法对桁架结构的损伤进行检测。由位移模态振型推导应变模态进而用应变模态差值作为桁架结构损伤检测指标,提出了一种基于3σ准则的损伤阈值。通过应变模态差值与损伤阈值的对比来判别损伤有无并对损伤进行定位,用损伤前后应变差值的突变大小来初步确定桁架结构的损伤程度。对一具体桁架结构的单处和多处不同程度损伤工况,结合有限元软件进行了数值模拟。实际桁架的损伤检测实验验证了该方法的有效性。     

某歼击机结构的模态试验研究

本文介绍了用ITD法、随机减量—TTD法及逐步扩阶双递推等时域参数识别法和有关的频域参数识别法在某型歼击机平尾上的模态试验研究情况,给出了这些方法的识别结果,分析了各自的优缺点,并叙述了时域参数识别的有关试验技术。     

基于NES的空间桁架结构被动减振研究

该文利用等效方法将由众多杆件构成的、离散的空间直线式桁架等效为连续梁,对等效梁附加NES(非线性能量阱)的桁架结构进行瞬态减振研究。通过等效方法将梁式桁架结构建模为等效线性连续系统(有限长度梁),并用有限元模型对其进行了验证。建立了含NES附件的等效悬臂梁的振动控制方程,并采用伽辽金法进行离散,分别分析了附加和不附加NES附件的梁在外激励下的横向振动位移响应。通过计算NES附件附着在结构的不同位置条件下的外激励响应,研究了NES对结构的振动抑制作用。此外,还研究了不同质量的NES附件在不同位置时结构的外激励响应,得到了NES附加质量对减振效果的影响。从结果可以看到,NES附件可以减弱X型桁架在瞬态激励作用下的响应,且当NES附件的质量增加时,系统的振动振幅下降更快,NES附件的能源消耗效率更高。同时还对比了NES被动减振和线性刚度阻尼减振器(TMD)的减振效果。结果表明,在附加NES的结构中,在激励发生后的5 s左右时,结构振幅的衰减就达到了可观的程度,振幅下降的趋势更为陡峭,体现了NES优于线性刚度阻尼减振的良好减振效果。并通过实验验证了不同质量的NES附件的衰减效果,在梁的自由端施...     

粘滞阻尼器对空间桁架结构减震作用研究

为研究粘滞阻尼器对大跨空间桁架结构减震控制作用,在某体育馆屋盖不同部位设置粘滞阻尼器,输入三向地震波进行时程分析。以屋盖结构水平向位移、加速度及构件内力为减震控制目标,计算分析表明,设置粘滞阻尼器能有效抑制结构在地震作用下响应;屋盖结构均匀布置阻尼器较集中布置减震效果好;结构减震效果不随阻尼系数的增大而线性提高,且存在较优值范围;不同地震烈度下粘滞阻尼器对空间桁架结构减震控制均有明显效果;粘滞阻尼器在不同地震波输入时滞回曲线均较饱满,呈现典型速度相关型阻尼器特征。研究结果对粘滞阻尼器用于大跨空间结构减震控制具有一定参考价值。     

基于形状记忆复合材料的空间可展桁架结构研究

形状记忆复合材料具有形变恢复力大、恢复率高、恢复稳定性与可靠性好等优点,可广泛应用于空间可展开结构.本文对形状记忆复合材料及其在空间可展桁架结构中的应用进行了初步研究.利用碳纤维增强形状记忆环氧树脂得到的热致型形状记忆复合材料玻璃化转变温度Tg为94℃,可实现"记忆起始态→固定变形态→恢复起始态"循环过程10次以上.基于所研制的形状记忆复合材料,设计了空间桁架、收拢与展开过程及形状记忆铰接头,并提出了悬挂式桁架展开系统设计方案.     

等腰三角形空间桁架自由扭转理论分析和试验研究

为研究腹杆对称布置的等腰三角形空间桁架的抗扭性能,以经典的自由扭转理论为基础,根据自由扭转变形的特点对桁架扭转变形关系进行了简化。给出了桁架的扭心位置、弹性抗扭刚度和屈服扭矩的计算方法,并分析了桁架破坏的机理。为验证桁架抗扭性能的计算方法,进行了桁架的扭转试验,试验构件弹性抗扭刚度和屈服扭矩的计算值和试验值的误差均小于10%。运用有限元方法对试验构件和计算方法进行了模拟和验证。结果表明：该文方法的计算值、试验值和有限元分析数值符合良好,该文的研究为等腰三角形空间桁架自由扭转提供了一种实用计算方法。     

复杂结构系统试验模态分析

本文根据近年来我们的研究工作介绍了复杂结构系统试验模态分析中四个重要方面:理论基础、试验技术、参数识别和数据可靠性与精度检验。并给出实际复杂结构系统试验模态分析的结果。重点放在提高和保证分析结果的可靠性与精度上,以适应复杂结构动态设计的需要,用于改进有限元数学模型或直接为模态综合法提供子结构模态参数。     

空间桁架结构动力刚化有限元分析

作高速大范围运动的弹性体,由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象,传统的动力学理论难以计及这种影响。本文在有限元方法中首次引入了单元耦合形函数(阵),以此将单元弹性位移表示成为单元结点位移的二阶小量形式。利用几何非线性的应变—位移关系式,在小变形假设条件下确定了单元耦合形函数。在此基础上,根据Kane方程,运用模态坐标压缩,并通过适当的线性化处理,得到了一致线性化的动力学方程。编制了空间桁架结构动力刚化有限元分析程序,仿真算例证明了理论和算法的正确性。     

空间钢管桁架结构的整体稳定分析

本文从结构线性分支稳定的概念出发，将结构的稳定问题转化为求解数学特征值和特征向量的问题，分析了结构的屈曲模态。并针对规范未涉及的空间钢管桁架的整体稳定问题作了多方面的比较，提出了切实有效的方法。     

空间桁架结构拓扑优化设计的线性规划方法

本文以杆件内力为设计变量,构造了多工况作用下空间桁架结构拓扑优化的线性规划模型,考虑了应力和位移约束,能够避免奇异最优拓扑和不稳定结构的产生。     

基于预试验分析的复杂箱体结构试验模态研究

论述了预试验分析原理和模态测试理论,在此基础上,以某型复杂变速箱箱体为研究对象,建立其有限元模型,进行预试验分析,优化结构模态试验的响应测点数目及位置、激励位置及方向;并进行了锤击模态试验,识别出表征箱体动力学特性的各阶模态参数;通过分析试验所得频响函数和模态置信判据准则(MAC),与预试验分析进行比较,结果表明预试验确定的测点和激励点是合理的,模态试验所识别模态参数是可信的.     

不同激励方式火炮结构试验模态分析研究

本文分别采用力锤激励、发动机激励和射击载荷激励的3种激励方法对某自行火炮进行了试验模态分析,分别得到了火炮低阶固有频率和振型.尽管激励方式不同,激励能量相差较大,但是固有频率和振型的结果几乎一样,即固有频率不随激励方式的不同而变化.试验得到的俯仰振动固有频率偏差只有0.13Hz,其相对误差只有3.6%.试验结果表明,尽管力锤激励的能量较小,火炮结构存在非线性因素,但是力锤激励法试验结果能反映射击工况下火炮的固有特性,实际火炮结构满足试验模态分析的线性假设.     

桁架结构布局优化的并行子空间方法

由于结构布局优化存在设计变量类型众多和变量耦合等问题,采取合适的优化方法获得满足结构设计要求的最小质量的结构具有重要的工程意义.基于多学科设计优化方法中的并行子空间优化法,提出一种桁架结构布局优化的并行子空间优化方法.将结构布局设计问题按设计变量类型分为布局、形状和尺寸三个并行的子空间,设计变量在各自的子空间内单独优化,各子空间优化结束后,在系统级中协调3类设计变量,保持最小质量的子空间的优化设计变量不变,采用近似一维搜索的方法协调其他子空间的设计变量,然后进行下一次迭代直至收敛.2个算例表明该方法能够取得较好的优化结果,具有实际工程应用价值.     

飞艇主气囊结构湿模态分析与试验研究

为研究飞艇主气囊结构模态特性,将飞艇内、外气体假设为势流体,基于流固耦合理论和势流理论,建立薄膜与内外空气流场共同作用的理论模型。建立充气膜结构数值分析方法,在内、外流场的单面耦合和内、外流场的双面耦合三种情况下,对薄膜充气管和模型飞艇进行湿模态分析,对比分析单面和双面气固耦合的分析结果,并通过模态试验对分析方法进行验证,结果表明采用双面耦合分析方法分析充气膜结构湿模态最合理;采用此方法对艇长5 m、25 m、50m和100 m以及长细比为1∶3、1∶3.5和1∶4的双轴椭球外形飞艇主气囊在多种内压条件下进行湿模态分析,表明固有频率与艇长成反比,而长细比与内压对固有频率影响小。分析结果可以为飞艇的结构设计以及复杂充气膜结构模态分析提供参考。