基于振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有限元模型修正技術(shù)研究

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1、航天器環(huán)境工程第27卷第4期472SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING20l0q-8J基于振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有限元模型修正技術(shù)研究王澤宇，劉闖，馮咬齊(北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094)摘要：文章針對(duì)航天器結(jié)構(gòu)的有限元模型修正問(wèn)題，提出利用振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行修正的方法。詳細(xì)闡述了基于基礎(chǔ)激勵(lì)傳遞特性的模型修正方法的理論公式，對(duì)此方法的程序?qū)崿F(xiàn)思路及修正程序與有限元分析軟件NASTRAN的接口方式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹．最后利用復(fù)雜桁架模型進(jìn)行了仿真分析，初步驗(yàn)證了該方法的可行性．關(guān)鍵詞：模型

2、修．if-；振動(dòng)試驗(yàn)；基礎(chǔ)激勵(lì)；NASTRAN中圖分類號(hào)：V416．2；0242．21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673—1379(2010)04-0472—05DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2010．04．014O引言利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)航天器結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行修正，可以為航天器的動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。這對(duì)于提高模型的動(dòng)力學(xué)預(yù)示精度，制定準(zhǔn)確的試驗(yàn)條件有著重要的意義【11。目前，模型修正的方法主要有兩類：模態(tài)法和頻響函數(shù)法【2】。模態(tài)法利用模態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提取出來(lái)的固有頻率和振型對(duì)數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)進(jìn)行修

3、正，這種方法出現(xiàn)得較早，也比較成熟[3-6]。頻響函數(shù)是結(jié)構(gòu)的固有屬性，也是系統(tǒng)頻域內(nèi)的重要特征量，利用頻響數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行修正的方法可以回避模態(tài)辨識(shí)帶來(lái)的困難和誤差，其在模態(tài)密集和高阻尼的結(jié)構(gòu)中仍然可以獲得。從20世紀(jì)90年代開始，基于頻響函數(shù)的有限元模型修正方法取得了較大的發(fā)展【_7‘91。然而無(wú)論是利用模態(tài)法還是頻響函數(shù)法對(duì)航天器模型進(jìn)行修正，都需要進(jìn)行額外的力學(xué)試驗(yàn)。如果能利用航天器的振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)完成模型修正工作，必然能節(jié)約成本，縮短研制周期。鑒于此，本文提出了利用基于基礎(chǔ)激勵(lì)傳遞特性的模型修正方法【l0】來(lái)修正航

4、天器結(jié)構(gòu)的有限元模型。1基于基礎(chǔ)激勵(lì)傳遞特性的模型修正方法航天器振動(dòng)試驗(yàn)是將試驗(yàn)件由夾具緊固在振([置】+f∞[c卜國(guó)2【M]){“)={f)。(1)([置]一國(guó)2[M】){Ⅳ}={f)，(2)尼矩陣；t廠，={搿)；t“，={鋤}。t，，是結(jié)點(diǎn)所受到的外力{厶)不為零。{“。}是試驗(yàn)件與夾應(yīng)相同{“。}-“。{1，l，?，1)T。{掰)是其他節(jié)點(diǎn)的收稿日期：2010．01．19；修回日期：2010．08．20基金項(xiàng)目：國(guó)防科技預(yù)先研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)513200903)作者簡(jiǎn)介：王澤宇(1985一)，男，碩士學(xué)位，主要從

5、事航天器動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)和虛擬試驗(yàn)研究。聯(lián)系電話：(010)687446679；E-mail：79597177@163．com．第4期王澤宇等：基于振納達(dá)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有限元模犁修正技術(shù)研究473∽№刎腳科④(阻幻一孑p明，《豸]'=船)一(雎幻一孑p明)心，。c4，叫馴黜叫黝黜㈣([如卜∞2【心：]){“}=-(K。]--092[Mz，】)融}。(6)([如卜∞2阻％】){“}／Uo=-([％?！恳弧?[鴆，】){0。(7)其中：{P)為單位矩陣，{P}--{1，1，1，?}T。這里定義一個(gè)新的傳遞函數(shù){日(∞))={“}／‰

6、，這{日(媯}(cāng)--(【點(diǎn)乞卜礦【Jjl％】)q([如。卜礦[Jjl乞?！?{P)。(8)([K：：】A一(02瞰：：】A){甜}／u。=一“K：，】A一∞2【M：，】A)H；(9)“如k一∥[％】x){uiluo=-([蜓?！縳一∥【鴆?！縳){日。Qo)式中下標(biāo)A代表理論分析模型，X代表試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。理論模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g存在著偏差，設(shè)：f【K：?！縳=[哎。】A+A[K2，】慨M譬慧淵+AI孫MⅢ，l[：，]x=[M：?！緼：?！俊痷UM：：】x=【M：：】A+△[M：：】{Hx}={鞏}+{AH}，(12)將式(11)

7、與式(12)代入式(10)，并減去式(9)，得到(眠，M牝A赳恥方睨，)惱)_一(％】A一∥％】A){刪。(13)假設(shè)紅【．眠A[K11]Ⅳ-(．02齜鍾Mlij麓]-籌甏j]’(14，【．△【Kt卜∥△[鴨?！俊鳌救绮贰巍鱗^％】j、7將式(14)代入式(13)，就町以得方程：心{{孥})=-([蚴A彳蚴A){蚍∞，將動(dòng)剛度矩陣Z對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)P(彈性模量，單元特性參數(shù)等)進(jìn)行一階泰勒展開，并設(shè)△p：Uf=j三，那么卿)=喜學(xué)以，∞，將式(16)代入式(15)，并定義S(co)、{U}和{△a(&)))分別表示如下關(guān)系：S

8、(媯=掣A㈨，掣仍㈨，．．．掣‰餾}，(17)，、㈨U1缸卜時(shí)。8’{△口(媯)=一(【心：】A一∞2[％】A){胴(妨)。(19)最終得到如下的修正方程：s(∞){“)={△口(∞))。(20)474航天器環(huán)境工程第27卷可以根據(jù)不同的CO建立多個(gè)方程，將式(20)變成一個(gè)超靜定的方程組，這個(gè)方程的解就是設(shè)計(jì)參數(shù)的