鉸鏈連接結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力學(xué)模型修正方法研究.pdf

1、隨著航天工業(yè)的迅猛發(fā)展，因?yàn)榭臻g站建設(shè)、深空探測(cè)、對(duì)地觀測(cè)等航天任務(wù)的需要，大型鉸鏈連接可展結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用，例如衛(wèi)星天線的支撐結(jié)構(gòu)、柔性太陽(yáng)能帆板的展開(kāi)支撐臂等結(jié)構(gòu)?？烧菇Y(jié)構(gòu)各部件之間通過(guò)鉸鏈來(lái)連接，鉸鏈中存在間隙，在載荷作用下會(huì)發(fā)生摩擦和碰撞等非線性現(xiàn)象，對(duì)航天器的工作精度和抗干擾能力產(chǎn)生不利影響。鉸鏈連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型可分為線性和非線性兩類(lèi)。為了便于分析和計(jì)算，在航天器工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常將鉸鏈簡(jiǎn)化為線性梁?jiǎn)卧蚓€性彈簧單元，這

2、種工程處理方法忽略了鉸鏈的非線性影響，在精細(xì)化系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模中會(huì)帶來(lái)較大的誤差。因此，需要對(duì)鉸鏈的非線性力學(xué)特性展開(kāi)研究，在此基礎(chǔ)上研究鉸鏈連接結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)特性。本文開(kāi)展的主要研究工作包括:
　　研究了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)微分方程的常用解法，包括時(shí)域方法和頻域方法。求解時(shí)域響應(yīng)的常用的數(shù)值方法為直接積分法，包括中心差分法、Wilson-θ法、Houbolt法和Newmark-β法等，介紹和總結(jié)了每種方法的推導(dǎo)過(guò)程和運(yùn)用時(shí)程序編寫(xiě)的思路

3、。關(guān)于頻域方法，介紹了應(yīng)用較為廣泛的諧波平衡法基本理論。微分方程的求解為后續(xù)研究提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。
　　建立了含非線性鉸鏈的鉸梁結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力學(xué)模型，分別考慮了立方非線性、間隙非線性以及分段剛度非線性等三種不同的鉸鏈非線性特性，從時(shí)域和頻域計(jì)算了結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。在時(shí)域方面，運(yùn)用中心差分法和Newmark-β法兩種方法進(jìn)行非線性動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算，兩種方法計(jì)算結(jié)果基本一致，能夠相互驗(yàn)證。在頻域方面，運(yùn)用諧波平衡法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行

4、了頻響分析，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率，用時(shí)域結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得到了較好的一致性，說(shuō)明了諧波平衡法對(duì)此類(lèi)非線性結(jié)構(gòu)的分析的有效性。建立了含立方非線性鉸鏈的單榀平面桁架模型，運(yùn)用諧波平衡法計(jì)算頻響函數(shù)，并且基于頻響函數(shù)對(duì)單榀桁架模型進(jìn)行了模型修正，驗(yàn)證了模式搜索法修正方法的有效性。
　　建立只考慮鉸鏈徑向剛度的含鉸單桿非線性力學(xué)模型，推導(dǎo)了含鉸單桿的等效剛度，并基于該模型建立多鉸鉸鏈連接桁架的動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)多自由度空間鉸接桁架進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，