两类柔性结构非线性振动实验研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:calvin
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随着人类对航空航天飞行器需求不断提升及基础学科不断发展,柔性结构成为各类航空航天飞行器发展趋势之一,此类结构可实现多工况条件下位姿与形状变化而具有广泛的工程应用前景,如可满足多任务点设计要求而应用于航空领域的伸缩机翼和因收纳率高、质量不随口径增大而成比例增加而应用于航天领域的环形桁架可展天线。由于此类结构阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高,执行任务时易受各因素干扰而激起低频、非线性、大幅度振动,因此对此类结构动力学特性研究显得尤为重要。本文对伸缩机翼实验模型进行振动实验,测试其伸缩过程中翼面振动峰值、峰值频率、峰值频率幅值,分析伸缩机翼在不同伸展或回收速度情况下的振动特性;对环形桁架可展天线实验模型进行模态实验,测试其固有频率及对应模态振型,研究其动力学响应。  论文主要内容包括以下几个部分:  (1)在深入理解伸缩机翼变形方式基础上,研制了伸缩机翼实验模型。首先简要介绍伸缩机翼实验模型总体设计技术要求、方案及各组成部分;其次详细设计伸缩机翼实验模型控制系统,即采用PLC、驱动器、电动机及限位开关等搭建控制系统,其可实现机翼伸展或回收速度控制;最后完成模型加工制作并调试运行,为后续实验提供条件。  (2)以伸缩机翼实验模型为实验对象,选取固定机翼和活动机翼最外端翼肋中间点为测点,开展伸缩机翼低速工况下弯曲振动实验研究、高速工况下弯扭耦合振动实验研究,测试其伸缩过程中翼面振动峰值、峰值频率、峰值频率幅值,详细分析伸缩机翼在不同伸展或回收速度情况下的振动特性,确定合理伸展或回收速度范围。  (3)在深入理解环形桁架可展天线结构组成基础上,研制了环形桁架可展天线实验模型。首先利用ANSYS有限元软件分析杆件直径、壁厚等参数选取对结构基频影响,考虑各零部件空间结构协调、干涉关系,确定各零部件结构参数,并详细设计前后索网,包括网格布局形式选取、索长度确定等;其次运用Pro/E三维软件对各零部件进行三维造型及整机虚拟装配;最后完成零部件加工制作,并在试验现场进行实物整机装配,为后续的实验提供条件。  (4)以环形桁架实验模型为实验对象,开展环形桁架工作模态测试,即施加模拟工作载荷的激励于环形桁架,采集各测点加速度振动响应信号,识别模态参数,并与有限元仿真、锤击法测试结果进行对比,验证结果准确性;以环形桁架可展天线实验模型为实验对象,开展环形桁架可展天线锤击模态测试,即锤击环形桁架可展天线各激励点,同步采集脉冲激励信号和加速度振动响应信号,对两种信号进行频域分析以求得结构频响函数,根据频响函数特征识别模态参数,并与有限元仿真结果进行对比,验证结果准确性,分析环形桁架可展天线模态特性。
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