航天器阻尼結(jié)構(gòu)的若干動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題和反問(wèn)題研究.pdf

1、為了提高航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，降低航天結(jié)構(gòu)全局或局部響應(yīng)水平，本論文對(duì)航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所用到的阻尼結(jié)構(gòu)模型以及分析和計(jì)算方法進(jìn)行研究，建立了一套綜合了大型阻尼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析（正問(wèn)題）和動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)（反問(wèn)題）的方法。這些算法涉及：大型非比例阻尼結(jié)構(gòu)復(fù)特征值計(jì)算方法、阻尼子結(jié)構(gòu)模型縮聚方法、基于頻響函數(shù)的模型修改算法、含柔性連接的子結(jié)構(gòu)模型綜合以及基于頻響函數(shù)的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論等。論文提出或改進(jìn)了一些方法，并分析了這些算法在航天結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

2、主要內(nèi)容如下：
　　針對(duì)航天器結(jié)構(gòu)發(fā)射階段或在軌階段的動(dòng)力學(xué)要求，分析了適用于航天結(jié)構(gòu)的常見局部阻尼形式。其中，離散式阻尼一般用在結(jié)構(gòu)連接處，因此在動(dòng)力學(xué)建模時(shí)多被等效成彈簧并聯(lián)阻尼的形式；而分布式阻尼則連續(xù)分布在結(jié)構(gòu)局部，在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)需要將非線性阻尼線性化處理。并且以金屬橡膠阻尼材料和粘彈性約束阻尼結(jié)構(gòu)為代表研究了離散式阻尼形式和分布型阻尼形式的阻尼建模方法。
　　針對(duì)大型阻尼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析和設(shè)計(jì)的需求，對(duì)大型非比

3、例阻尼結(jié)構(gòu)復(fù)模態(tài)計(jì)算方法進(jìn)行了全面的研究。通過(guò)對(duì)原有算法的完善和改進(jìn)，發(fā)展出完整的適于用大型阻尼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特征值計(jì)算方法。該算法首先通過(guò)分塊三角分解將非比例阻尼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的特征問(wèn)題轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的特征問(wèn)題，進(jìn)而，算法采用復(fù)矩陣的Lanczos算法將求解規(guī)模降低到需要的階數(shù)，再使用帶移位的雙重步 QR算法計(jì)算經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化的上 Hessenberg型實(shí)矩陣的全部復(fù)特征值和特征向量。該算法適合于具有各種不同的阻尼形式的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，并且具有高

4、效穩(wěn)定的特點(diǎn)。
　　為了適應(yīng)大型航天結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析和設(shè)計(jì)的需要，發(fā)展了一種阻尼子結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型縮聚方法。首先，建立子結(jié)構(gòu)的約束模態(tài)集和靜約束模態(tài)集并以此建立坐標(biāo)變換式得到半解耦的動(dòng)力學(xué)方程；其次，利用約束模態(tài)的模態(tài)有效質(zhì)量矩陣將子結(jié)構(gòu)縮聚在選定自由度的物理坐標(biāo)上，由于模態(tài)有效質(zhì)量隨著約束模態(tài)頻率的增大而迅速收斂，因此只要保留很少的幾個(gè)模態(tài)就可計(jì)算出精度較高的結(jié)果。該算法利用模態(tài)矩陣進(jìn)行坐標(biāo)變換，但是縮聚后的系統(tǒng)卻只包含選定自由度的

5、物理坐標(biāo)，因此既能保證精度又能保持物理意義的完整。
　　研究了基于頻響函數(shù)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型修正算法。首先提出一種改進(jìn)的矩陣型頻響函數(shù)模型修改方法，改進(jìn)后的算法可以用于含柔性連接的子結(jié)構(gòu)的綜合，方法是將柔性連接看做對(duì)非耦聯(lián)結(jié)構(gòu)的修改。利用改進(jìn)的頻響函數(shù)模型修改算法對(duì)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合，系統(tǒng)方程中各子結(jié)構(gòu)與連接的動(dòng)力學(xué)關(guān)系明晰，便于對(duì)其進(jìn)行修改和重分析，并且該算法將動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法與結(jié)構(gòu)模型修改與重分析結(jié)合在一起，最后，通過(guò)基于頻響函數(shù)的靈

6、敏度分析得到完整的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)算法流程。
　　根據(jù)某氣象衛(wèi)星提出的對(duì)關(guān)鍵部位的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)要求，研究了一種可同時(shí)改善結(jié)構(gòu)熱變形和抑制高頻振動(dòng)的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)分析結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的變化，研究了該設(shè)計(jì)方案的靜變形和動(dòng)響應(yīng)抑制機(jī)理和效果。此方案的主要思想是：在主要的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)擾動(dòng)的傳遞路徑上使用阻尼柔性連接裝置進(jìn)行連接，利用阻尼柔性連接裝置的高柔性釋放結(jié)構(gòu)不同部位之間的熱應(yīng)力，利用阻尼柔性連接裝置的高阻尼抑制結(jié)構(gòu)