基于实验模态的某结构动力学模型修正

目前，动力学建模主要有3种方法：理论建模、实验建模、理论与实验综合建模。理论建模的主要方法是有限单元法，它所建立的有限元模型往往不能完全真实反映结构实际情况，计算结果与实验结果可能不一致。实验建模主要是基于实验模态分析方法。它可以识别结构动力学模型，能够用来修正有限元模型，使其模态参数与实验结果一致或基本一致。第3种方法也被广泛采用，通过大型有限元分析软件建立结构的有限元模型，计算理论模态参数，再结合实验识别出的模态参数对有限元模型进行动力学修正。     

基于等效模型的多层蜂窝堆栈ULE反射镜优化设计研究

针对现有Φ1m ULE○R空间反射镜减重需求,采用多层蜂窝堆栈构型进行轻量化设计。为提高这类新构型的设计效率,推导了多层蜂窝堆栈反射镜的等效建模方法,分析了结构参数变化对等效模型计算精度的影响以及对蜂窝堆栈反射镜面型、基频的影响。结合等效模型与响应面法提出了多层蜂窝堆栈反射镜的高效设计方法,规避了详细模型建模复杂、计算耗时长的缺陷。基于所提方法设计的Φ1m主镜质量为56kg,面形RMS值为1.84nm。设计结果表明方法能有效提高多层蜂窝堆栈反射镜的设计效率。     

基于灵敏度分析方法的光学镜架动力学模型修正

论述了理论建模与实验建模的特点,介绍了模型修正方法的相关理论,采用灵敏度分析方法,分析了光学镜架的设计参数:材料的弹性模量、密度、内径、镜框厚度、镜架底部厚度、筋板厚度的灵敏度系数,通过镜架有限元仿真与模态实验结果的对比,建立一个以固有频率为修正目标的多变量动力学修正问题,对包含非线性连接关系的镜架动力学模型进行了修正,修正结果表明前四阶固有频率的平均误差为2.5%,满足工程要求,同时模态阶次也得到了修正。     

光机靶室钢混结构基于动刚度等效的简化建模

钢混结构分离式有限元建模方法由于考虑了钢筋的实际分布,其计算精度较高,但建模过程复杂繁琐。开展了基于动刚度等效的钢混结构简化建模研究,该方法将钢筋和混凝土考虑为一种等效材料。研究中首先以典型钢混组合结构为例,以等效模型与分离式模型的模态特性等效为目标,建立了分部件的动刚度等效模型,然后将各部件等效模型组合成整体结构等效模型,数值仿真结果显示在相同载荷作用下,整体参考模型与整体等效模型的响应分布非常接近,而等效模型的规模远小于参考模型,说明了该等效建模方式的有效性。进一步将该等效建模方法应用于神光Ⅲ主机靶室钢混结构的动力学分析中,并计算了该巨型光机结构等效模型在实测基础加速度激励下的随机振动响应,靶球上各方向的响应实测结果与计算结果较为吻合。所采用的动刚度等效建模方法可应用在巨型光机结构动力学稳定性的进一步研究中。     

同轴脉冲形成线的运输振动环境适应性研究

为了准确评估某MV级Tesla型脉冲功率源的运输振动环境适应性水平,针对脉冲功率源中采用悬臂绝缘支撑结构的同轴脉冲形成线,通过仿真和试验结合的方法开展研究。针对叠层结构式内外磁芯,提出一种通过结构元胞等效材料参数和坐标变换的等效建模方法进行有限元建模,通过模态试验修正有限元模型,首次对比研究了绝缘油对形成线的模态频率和阻尼的影响,仿真分析了形成线车载运输典型工况的应力及响应,设计实施了大尺寸形成线等效件振动试验进行验证。通过振动试验发现了形成线结构存在非线性,通过仿真分析和等效件试验验证,同轴脉冲形成线现有结构设计基本满足车载运输振动环境适应性要求。     

星载光电跟瞄转台动态特性分析EI北大核心CSCD

针对目前利用有限元方法分析星载光电跟瞄转台动态特性时存在的建模失真问题,提出使用广义弹簧单元对轴承和锁紧机构等效建模,并通过定义模态阻尼比,精确模拟转台的固有频率及响应特性。通过理论计算和基于模态试验数据的参数辨识,确定各等效单元刚度;通过基于扫频试验数据的参数辨识,确定结构模态阻尼。基于建立的等效有限元模型进行仿真分析,模态分析中前6阶固有频率与试验结果的最大偏差为5.1%,谐响应分析中X、Y、Z三个主方向的最大响应与试验结果的最大偏差为3.2%,固有频率与响应一致性良好,均在允许的误差范围内。说明使用广义弹簧单元对轴承和锁紧机构进行等效建模,通过模态和扫频试验数据确定转台刚度和阻尼特性是可行的,对同类型转台的建模仿真有一定借鉴作用。     

利用阻尼技术改善反射镜组件动态性能

反射镜支撑结构通常需要具有一定的柔性来保证其面形精度,但这将引起结构固有频率降低,使得结构抵抗振动的能力下降.针对这一问题,开展了利用阻尼技术改善反射镜支撑结构动态性能的研究.建立了反射镜组件、相机机身和基础耦合的动力学模型,推导出系统传递函数、模态阻尼、振型等参数,并据此进行了理论分析.重点分析了在反射镜部分增加阻尼...     

响应面法的杆式超声电机有限元模型修正

现有杆式超声电机的有限元模型大都采用连续复合材料的简化结构形式,忽略了实际超声电机各部件间的接触特性,导致计算结果与实验结果具有较大偏差。针对该问题,提出了一种采用响应面法的杆式超声电机有限元模型修正方法,来获得高精度的有限元模型。该方法考虑了超声电机螺栓预紧力及各部件接触界面的法向接触刚度和摩擦系数,筛选出显著影响电机工作模态的参数,建立响应面模型替代超声电机的有限元模型实现快速计算结构响应的目的,并以实验模态分析结果为目标对模型进行修正。修正结果表明,修正后的模型模态频率的平均误差由修正前的1.20%降到0.21%,模型精度得到明显改善,表明以响应面的有限元模型修正方法对杆式超声电机以及类似夹心式压电振子的设计具有应用价值。      

超轻反射镜柔性支撑结构设计与试验

针对微型遥感载荷超轻反射镜柔性支撑问题,提出了一种折臂梁式柔性支撑结构。根据反射镜结构特点,建立柔性支撑结构的参数化模型。采用第二代非支配排序遗传算法建立了多约束多目标的参数优化模型,对柔性结构关键参数进行了优化,最小尺寸仅为1.30mm。对反射镜与柔性结构粘接面积的强度进行了校核,安全裕度为3.6。并对反射镜组件进行了工程分析和力学试验,所设计的柔性结构能够在1g重力和温度4℃变化时保证超轻反射镜具备优于3nm的面形精度,仿真分析与力学试验相对误差均在10%以内。最后,对反射镜组件进行了镜面的面形检测,力学振动试验前后,镜面的表面误差RMS均为0.020λ,表明该反射镜组件稳定性良好。本文提出的折臂梁式柔性支撑结构设计方法是可行的,结构性能是可靠的。     

长条镜柔性支撑及点阵结构设计方法

离轴三反光学系统多采用长条形反射镜,为尽可能提高反射镜面形精度,其支撑结构形式多为柔性支撑;为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求,支撑亦多采用壳体点阵结构。本文基于尺寸优化技术,建立了长条形反射镜的参数化有限元模型以及双轴圆弧切口柔性铰链支撑的多参数优化模型,分别应用可行方向法及自适应响应面优化算法得到了质量约束下刚度最优的反射镜面板、筋板厚度参数以及刚度约束下镜面面形最优的柔铰支撑几何尺寸参数,并应用参数试验方法对该柔性支撑安装角度及安装轴向位置进行了独立变量的影响分析。对于背板的设计,本文提出了一种基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法,采用贪婪三角化投影算法对点阵结构包络生成的点云进行网格重构,保证了点阵结构模型的连续性与真实性。经过仿真验证,优化参数下重力、温度、强迫位移各工况下反射镜综合面形误差（0.018λ）和装调方向重力下刚体位移（0.007 mm）均达到最优。表明基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法合理可行,可推广应用于类似结构形式的反射镜支撑。     

大口径空间反射镜Cartwheel型柔性支撑设计

针对同轴三反式空间光学遥感器对大口径主反射镜组件的高刚度、高强度、高热稳定性等特殊要求,提出一种基于Cartwheel型双轴柔铰的三点柔性支撑结构。首先利用无量纲方法研究了单个柔性支撑的柔度特性,然后利用有限元方法对反射镜组件的静力学、动力学与热特性进行灵敏度分析,确定了支撑结构中柔性环节的几何尺寸参数,并进行了有限元数值仿真。最后,利用面形值为λ/40均方根(RMS)的非球面镜进行了反射镜组件面形检测实验并利用等效球面镜组件进行了动力学实验。仿真与实验结果表明:当柔性环节尺寸为:壁厚t=8mm,直梁高度h=4mm,直梁长度L=8mm时,在正交三向自重与15℃稳态温升作用下,反射镜面形精度RMS小于12nm;反射镜组件一阶固有频率实验值为296Hz,与仿真结果相差6%,能够满足使用要求。     

具有迟滞非线性的金属橡胶隔振器参数识别研究

金属橡胶隔振器具有非线性的动力学特性,对这种迟滞阻尼隔振器进行建模研究,建立了参数有物理意义的动力学模型.根据单自由度性能试验,进行了有关参数的试验识别方法研究,应用能量法及最小二乘法将非线性方程组转化为关于参数的线性方程组,从而对金属橡胶隔振器参数进行识别.识别结果与实验结果有较好的一致性,识别结果也说明了结构参数对隔振器性能的影响. 关键词： 金属橡胶隔振器 动力学模型 迟滞非线性 参数识别     

大口径反射镜结构的两种参数优化方法

大口径反射镜在自重作用下发生变形,变形过大会引起镜片通光表面的峰谷值较大,难以满足光机装置打靶精度的要求。建立了典型反射镜结构的有限元仿真模型,以计算镜片表面峰谷值;优化了安装柱的位置、尺寸及镜片厚度等参数,使镜片通光表面形变峰谷值最小。分别采用了基于有限元模型的直接优化和基于代理模型的优化,均获得了结构最优参数,使形变峰谷值比初始值降低了74%。相比而言,基于代理模型的优化还可提供目标量随设计变量的变化情况以及变量灵敏度分析,更有利于设计决策。当设计变量个数多、范围宽时,可先根据先验知识或低精度代理模型缩小设计范围,然后建立紧缩范围的高精度代理模型并进行优化,可有效避免大量计算。根据“三圆柱”支撑结构的参数优化结果,建议采用“四圆柱”支撑设计,以获得更高的面形精度。     

空间遥感器高体份SiC/Al复合材料反射镜组件设计

为消除反射镜与支撑结构材料线胀系数差异产生的热变形对反射镜面形精度、系统成像质量的影响, 采用高体份SiC/Al复合材料作为新型反射镜组件的材料。首先, 通过合理的结构设计及有限元分析比较, 确定了Ф600 mm口径反射镜结构参数, 然后, 对反射镜组件进行了静力学和动力学分析, 在1 g重力载荷作用下, 反射镜X、Y、Z方向去除刚体位移后的镜面变形RMS值分别为12.6, 12.7, 12.6 nm, 达到了λ/50(λ=632.8 nm)。最后, 为了验证高体份SiC/Al复合材料反射镜组件的结构性能及检验结构在振动条件下的抗干扰能力, 对反射镜组件进行了力学试验, 反射镜组件的一阶谐振频率为556.6 Hz。力学试验前后, 反射镜镜面面形误差RMS分别为0.021λ、0.025λ, 没有明显变化。实验结果表明:高体份SiC/Al复合材料反射镜达到了与SiC材料反射镜相同的设计指标要求, 能够满足空间应用。     

环形线负载驱动变曲率反射镜技术

从薄板弹性理论出发,对可实现曲率变化的环形线负载驱动模型进行分析,给出了基于该模型的大镜厚比变曲率反射镜的形变方程.以较小的驱动力实现较大的中心形变为目标,利用MATLAB软件对不同反射镜厚度、驱动环半径下的反射镜形变情况进行模拟计算,结果表明,反射镜厚度范围在2~4 mm之间、驱动环半径数值在反射镜有效半径1/2处最佳.以此为依据,设计并研制了口径为100 mm、厚度为3 mm的铍青铜环形线负载驱动变曲率反射镜结构及原型样片,给出了变曲率反射镜整体结构前10阶的振动模态分析结果.完成装配后,反射镜原型样片的面形精度接近λ/30(λ为波长).对该结构进行极限曲率变化和面形精度保持的验证实验,通过对变曲率反射镜结构进行改进,环形线负载驱动能够实现超过30个波长(632.8 nm)的中心形变,且面形精度的变化与反射镜中心矢高的变化呈弱相关.     

空间光学遥感器次镜参数化设计

根据某空间遥感器次镜设计指标要求,采用ANASYS多参数优化设计功能对次镜轻量化进行优化设计。利用UG软件建立反射镜体结构的参数化模型,在ANSYS中将有关结构参数变量指定为优化设计变量,以反射镜体在地面重力作用下的镜面变形误差以及反射镜支撑孔位移为零作为约束条件,结合有限元法对镜体轻量化结构的尺寸参数进行优化分析,得到了轻量化率达到80.635%,镜面面形精度RMS为6.953 nm,PV值为31.317 nm,满足设计要求的反射镜。     

基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感的计算

提出了一种基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感计算方法,在层流模型得到的同轴磁绝缘传输线等效电感和等效电容理论公式中引入修正因子,对粒子模拟所得结果进行数值拟合,获得了等效电容和等效电感修正因子依赖于电压的拟合表达式,修正后的等效电容和等效电感理论公式与粒子模拟结果符合较好,所得结果可用于磁绝缘传输线的等效电路建模。     

反射镜架系统运动学支撑连接的有限元建模

 根据反射镜架系统中运动学支撑连接的物理接触形式,采用相应的位移协调方式来模拟其连接,建立了一个镜架结构的有限元模型,并分析了该镜架系统的模态及结构在地脉动载荷下的微振动分析。得到前三阶模态固有频率的最大误差小于5%,各测点的位移响应均方根的计算值与试验值吻合较好,多数点位移均方根误差控制在30%以内,且各支撑连接部位的传递特性的计算结果与试验结果比较一致,验证了所采用的运动学支撑连接的建模方法的可行性。     

两端开口圆柱形液腔低频谐振辐射特性

为研究两端开口圆柱形液腔的低频谐振辐射特性,建立了其在低频近似条件下的分布参数模型,由电-力-声类比得到了等效振动模型,给出了无声负载下的谐振频率表达式。随后利用“长度等效方法”建立了液腔在辐射条件下的自辐射等效模型和声场辐射等效模型,给出了液腔的修正长度、谐振频率及指向性函数,并讨论了弹性壁条件下的情况。结合有限元法研究了刚性(弹性)壁条件下,圆管结构特征参量对液腔一阶谐振频率的影响规律,给出了自辐射等效模型满足求解精度的条件,并利用压电效应激励液腔一阶谐振,讨论了其声场辐射特性。对比结果表明:液腔一阶谐振频率的等效模型计算值与有限元仿真值符合较好,误差低于5%;液腔的修正长度为4a/π,液腔在一阶谐振下近似呈“∞”型指向性。此模型将两端开口圆柱形液腔类比为“液体圆棒”,即可将液腔视作液腔类水声换能器结构的一部分,提供了从分布参数模型角度分析此类换能器工作机理与辐射特性的理论支撑。     

超轻反射镜串联柔性支撑结构优化设计

为了保证微型空间相机的超轻反射镜的面形精度和稳定性,提出一种串联双轴片式柔性支撑结构.以多工况下超轻反射镜面形为目标,应用集成优化方法对该支撑结构进行优化设计,并对优化后的结构进行重力和温度工况下的静力学分析,各工况下反射镜面形均方根值均在3.5nm以内,远优于设计指标.对研制的反射镜组件粘接强度进行校核,并对其动力学性能进行有限元分析和试验验证.结果表明,柔性支撑结构与反射镜粘接面积为1 138 mm~2,反射镜组件的X、Y、Z三向的一阶频率都在500Hz以上.有限元分析结果与试验结果的相对误差均在6.5%以内,验证了有限元分析模型的正确性,表明该串联双轴片式柔性支撑结构设计合理,集成优化方法可靠.