典型阻尼結(jié)構(gòu)正弦振動(dòng)響應(yīng)模型修正方法

《典型阻尼結(jié)構(gòu)正弦振動(dòng)響應(yīng)模型修正方法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)ChineseSpaceScienceandTechnology2014年6月第3期典型阻尼結(jié)構(gòu)正弦振動(dòng)響應(yīng)模型修正方法秦玉靈1韓增堯1鄒元杰1王建民2(1中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京100094)(2中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院北京強(qiáng)度環(huán)境研究所，北京100076)摘要直接基于正弦響應(yīng)數(shù)據(jù)的模型修正研究較少，發(fā)展基于正弦振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型修正方法對(duì)航天工程實(shí)際中有限元建模水平的提高具有重要意義?；谡艺駝?dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)的模型修正關(guān)鍵在于修正后曲線特征頻率及其響應(yīng)幅值的一致性。文章對(duì)基礎(chǔ)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法進(jìn)行了推導(dǎo)，在此基礎(chǔ)上用兩步修正方法實(shí)現(xiàn)了分析模型

2、與試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞卣黝l率和響應(yīng)峰值的匹配，最后采用國(guó)際通用算例GARTEUR桁架模型對(duì)兩步修正方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，經(jīng)兩步修正后分析模型基頻與試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢?，且?0階頻率誤差低于0．15％，典型節(jié)點(diǎn)響應(yīng)峰值誤差低于1％。關(guān)鍵詞正弦振動(dòng)試驗(yàn)；模型修正；基礎(chǔ)激勵(lì)；特征頻率；響應(yīng)峰值；航天器結(jié)構(gòu)DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2014．03．0021引言現(xiàn)代航天工程中各型號(hào)航天器結(jié)構(gòu)和功能日趨復(fù)雜，復(fù)合材料的應(yīng)用及星上設(shè)備的多樣化使得航天器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性分析越來(lái)越困難，更突出了現(xiàn)階段我國(guó)航天領(lǐng)域有限元模型分析預(yù)示精度的局限性。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

3、對(duì)初始有限元模型進(jìn)行修正是提高模型分析預(yù)示精度的重要手段，工程中一般采用模態(tài)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的模態(tài)參數(shù)和頻響函數(shù)進(jìn)行修正，基于模態(tài)參數(shù)的修正應(yīng)用廣泛，但需進(jìn)行模態(tài)參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)誤差會(huì)對(duì)修正精度產(chǎn)生較大影響；基于頻響函數(shù)的修正無(wú)需進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，但需要完整的頻響函數(shù)信息，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型結(jié)構(gòu)的控制和測(cè)量[1書]。航天型號(hào)振動(dòng)試驗(yàn)中積累了大量的正弦振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，發(fā)展基于正弦振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型修正方法對(duì)航天工程實(shí)際中有限元建模水平的提高具有重要意義。但目前基于正弦基礎(chǔ)激勵(lì)的模型修正方法研究甚少，2007年文獻(xiàn)[7]提出該方法并對(duì)GARTEuR桁架模型進(jìn)行修正，之后文獻(xiàn)[8—9]

4、相繼進(jìn)行了研究，但僅限于無(wú)阻尼結(jié)構(gòu)。目前尚未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)阻尼結(jié)構(gòu)修正的理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證。基于正弦數(shù)據(jù)的模型修正關(guān)鍵在于修正后曲線頻率點(diǎn)和響應(yīng)幅值的對(duì)應(yīng)，因此修正過(guò)程一般分兩步進(jìn)行。首先通過(guò)修正試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析數(shù)據(jù)的偏差使得頻率點(diǎn)吻合，然后通過(guò)對(duì)阻尼的分析和修正使得分析響應(yīng)曲線的幅值與試驗(yàn)曲線趨于一致，其中阻尼的修正一直是研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)，多年來(lái)一直無(wú)法取得突破。為此，本文首先推導(dǎo)了基礎(chǔ)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算方法，然后分兩步對(duì)基于基礎(chǔ)激勵(lì)的模型修正方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)，形成了完整的含阻尼結(jié)構(gòu)模型修正理論，最后通過(guò)國(guó)際通用算例GARTEUR桁架模型的修正對(duì)算法進(jìn)行

5、驗(yàn)證。結(jié)果證實(shí)了修正方法的有效性，為后續(xù)開(kāi)展該修正方法在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了參考。973計(jì)劃(613133)資助項(xiàng)目收稿13期：20130607。收修改藕日期：201401—132014年6月中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)2基礎(chǔ)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)模型修正方法2．1基礎(chǔ)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法航天器結(jié)構(gòu)正弦振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中一般將結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)接環(huán)固定在剛性振動(dòng)臺(tái)上，通過(guò)給振動(dòng)臺(tái)施加給定激勵(lì)來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激振。多自由度阻尼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程為MY：(￡)+&(￡)+敏(￡)一F(z)(1)式中M，C，K分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量陣、阻尼陣和剛度陣。按節(jié)點(diǎn)是否與振動(dòng)臺(tái)相連，將節(jié)點(diǎn)位移x(￡)分為結(jié)構(gòu)內(nèi)節(jié)點(diǎn)位

6、移x。(￡)(未與振動(dòng)臺(tái)相連節(jié)點(diǎn))和邊界節(jié)點(diǎn)位移x。(￡)(與振動(dòng)臺(tái)相連節(jié)點(diǎn))兩類，將結(jié)構(gòu)所受激勵(lì)F(￡)也分為結(jié)構(gòu)內(nèi)部力F，(￡)和邊界力F。(￡)兩類，基礎(chǔ)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)內(nèi)部力F，(￡)一0，則式(1)可寫為瞄Mii麓心+卜Cbi乏心+匱乏㈦一嘲㈤基礎(chǔ)加速度激勵(lì)量。已知時(shí)，將式(2)轉(zhuǎn)化到頻域下，可得結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)響應(yīng)工．：一甜2M滯，+j以。。xi+K滯i一一fM：b+C_ib～冬1；b(3)式中∞為圓頻率。將結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)物理坐標(biāo)工。轉(zhuǎn)換到模態(tài)坐標(biāo)叼。并假定結(jié)構(gòu)與振動(dòng)臺(tái)相連自由度的阻尼力為0，得①IrM。①兩。+①jcii①．白．+垂{rKi，西i叩。一一①j

7、(M。b釜b+K．b乳)(4)式中①。一[咖¨咖"?，咖．。]為質(zhì)量矩陣歸一化的模態(tài)矩陣，由系統(tǒng)模態(tài)矩陣關(guān)于質(zhì)量陣、剛度陣和阻尼陣的正交性，得而．(￡)+(2雖叫々)白．(￡)+(cu；>t，，(￡)=一①j(M．bxb+K。bxb)(5)式(5)中各響應(yīng)項(xiàng)在頻域內(nèi)進(jìn)行變換，解得結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)模態(tài)位移響應(yīng)為一咖lIMibXb(∞)一專Kib工b(叫)lHit((U)一—j萬(wàn),93二耳蠢瓦一(6)5一叫十厶1L；叫6∞加速度基礎(chǔ)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)模型修正過(guò)程分兩步進(jìn)行，第一步通過(guò)推導(dǎo)無(wú)阻尼結(jié)構(gòu)模型修正理論使得修正后有限元模型計(jì)算頻率與試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)構(gòu)頻率一致；第二步在此基礎(chǔ)

8、上進(jìn)行阻尼的修正，使得修正后有限元模型