卫星结构的模态与频率传递特性分析

论文摘要

卫星结构的模态与频率传递特性分析是了解卫星结构的结构特点、认识其振动形式的重要途径,是进行卫星结构优化、减振抑振设计重要的理论参考。在工程实践中,卫星结构是多种多样的,结构的分析目标包括模态与频率传递特性分析、振动传播路径分析、减振抑振设计等多个方面,因此迫切需要一套完善的分析理论体系。基于此,本文以分析某卫星中心星体结构的模态分析以及扰动在输入自由度—输出自由度之间的频率传递特性分析为背景,提出了可用于对各种卫星结构进行模态与频率传递特性分析的方法体系。本文的主要研究内容和结论如下:1.对卫星结构的有限元法建模、动力学特性分析及子结构综合法所涉及到的研究问题和分析方法作了较为全面的概述,给出了单个卫星结构的有限元法建模及模态分析、状态空间法频率传递特性分析以及基于子结构的模态综合法模态分析、机械导纳法频率传递特性分析的方法体系。2.基于状态空间理论,通过理论推导,给出了单输入-单输出情况下单个卫星结构状态空间法建模、DC增益法模态缩减以及频率传递特性分析的状态空间方法体系,简化了分析过程。3.卫星结构两自由度间的频率传递特性仅与结构的固有频率和模态阻尼比以及输入自由度和输出自由度的模态振型有关;4.刚性连接的两子结构上自由度之间的频率传递特性只与两自由度到所有界面自由度的频率传递函数以及所有界面自由度内部的频率传递函数有关;柔性介质连接的两子结构上两自由度之间的频率传递函数只与两自由度到所有界面自由度的频率传递函数以及弹性连接介质界面自由度之间的频率传递函数有关。综上所述,本文既进行了某卫星中心星体的模态与频率传递特性分析,为后续进行某卫星其他分析提供了理论参考,又为进行其他各类卫星的模态与频率传递特性分析提供了方法论。该方法论在理论上和工程实践上都具有重要的价值,因而也将会在实践中被广泛的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 本文研究的背景和目的
• §1.2 相关领域的研究进展
• 1.2.1 结构的有限元法建模及模态分析
• 1.2.2 结构频率传递特性分析
• 1.2.3 多子结构的动力学特性分析
• §1.3 本文的研究思路和研究内容
• 第二章 卫星结构的有限元法建模
• §2.1 引言
• §2.2 卫星结构的物理构型分析
• 2.2.1 中心星体坐标系 OXYZ
• 2.2.2 服务舱构型分析
• 2.2.3 载荷舱构型分析
• 2.2.4 杆系结构构型分析
• 2.2.5 板系结构构型分析
• 2.2.6 连接方式分析
• §2.3 基本假设与模型简化
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 模型简化
• §2.4 有限元法建模
• 2.4.1 有限元建模基本方法
• 2.4.2 梁有限元模型建立
• 2.4.3 板有限元模型建立
• 2.4.4 集中质量单元建模
• 2.4.5 连接不协调的多点约束处理
• 2.4.6 坐标转换与单元矩阵集成
• §2.5 本章小结
• 第三章 卫星结构的模态与频率传递特性分析
• §3.1 引言
• §3.2 模态及频率传递特性分析理论
• 3.2.1 模态分析理论
• 3.2.2 频率响应函数
• 3.2.3 状态空间法理论
• §3.3 卫星结构的模态分析
• 3.3.1 分析步骤
• 3.3.2 对象参数
• 3.3.3 分析模型
• 3.3.4 模态分析结果
• 3.3.5 结果讨论
• §3.4 频率传递特性分析
• 3.4.1 有限元方法
• 3.4.2 状态空间法
• 3.4.3 结果讨论
• §3.5 本章小结
• 第四章 基于子结构的模态与频率传递特性分析
• §4.1 引言
• §4.2 模态综合法模态分析理论
• 4.2.1 子结构的模态矩阵
• 4.2.2 固定界面法的模态综合过程
• 4.2.3 固定界面法中自由度的缩减
• §4.3 机械导纳法频响分析理论
• 4.3.1 多自由度系统的机械导纳
• 4.3.2 刚性连接子结构综合法
• 4.3.3 柔性连接的子结构综合方法
• §4.4 模态综合法模态分析算例
• 4.4.1 分析步骤
• 4.4.2 分析模型
• 4.4.3 结果及讨论
• §4.5 机械导纳法频响分析算例
• 4.5.1 分析步骤
• 4.5.2 分析模型
• 4.5.3 结果及讨论
• §4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间的主要工作