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基于统计能量法的卫星高频振动分析及隔振研究

作　者: 张婧雯
导　师: 孟光
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 统计能量法损耗因子能量响应隔振
分类号: V474
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 3次
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内容摘要

卫星发射的主动段,卫星经受振动、噪声、过载、冲击等因素的综合力学环境作用,这些环境因素对其性能和可靠性有着重要影响。目前,卫星与运载火箭的联接通常采用刚度较大的适配器,环境载荷直接从星箭界面传递到卫星,再作用于卫星各次级子系统和仪器设备,影响其性能和可靠性。如果改善卫星在主动阶段承受的动力学环境,不仅可以提高卫星发射的可靠性、降低风险,还可以搭载更多设备,减少成本。统计能量分析方法起始于20世纪60年代航空航天工业,其用统计的观点,从能量的角度来分析复杂结构在外载荷作用下的响应,能够快速、准确地模拟中、高频段声学特性,也能有效地预估产品的结构振动。本文首先详细介绍了统计能量方法中损耗因子的实验测量技术,并根据理论公式和实验数据计算得到实际模型的内损耗因子与耦合损耗因子。同时将这一参数与AutoSEA软件仿真计算结果比较,以验证软件仿真分析的准确性与可行性;其次,论述如何利用统计能量分析软件AutoSEA建立卫星综合力学环境下的声振仿真分析模型,并将实际动态载荷转变为模拟激励及边界条件。通过分析求解,得到所有子系统的各阶模态能量响应与分布情况。再次,提出在适配器与星箭界面之间引入线形隔振器、星箭连接支架外表面附加约束阻尼层、使用桁架结构有效载荷适配器的综合隔振思路,从而有效隔离作用于卫星的轴向和横向的载荷,减小卫星发射时所承受的环境载荷。本文充分展示了应用统计能量法以及AutoSEA软件对动态耦合系统进行高频声振研究的强大仿真与计算能力,并且为更多的工程设计改造项目提供了更为准确有效的分析手段。此外将阻尼隔振与改进的有效载荷适配器综合运用于隔振,对于缓解主动段卫星的机械振动环境存在显著优势,有效降低了力学环境约束,并且使卫星重量和成本方面的指标得以改善。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章卫星的隔振技术与力学环境概述  12-20
  1.1 隔振技术绪论  12-15
    1.1.1 隔振技术的简介  12-13
    1.1.2 卫星隔振的必要性  13-14
    1.1.3 卫星隔振的意义  14
    1.1.4 隔振器的种类  14-15
  1.2 隔振技术的发展动态  15-18
    1.2.1 具有隔振效能适配器的发展  16-17
    1.2.2 不改变原适配器结构的隔振系统的发展  17-18
  1.3 主动段卫星的力学环境概述  18-19
    1.3.1 噪声激振  18
    1.3.2 结构耦合激振  18-19
  1.4 本章小结  19-20
第二章统计能量方法介绍  20-41
  2.1 统计能量分析方法概述  20-24
    2.1.1 统计能量分析方法的发展过程  20-21
    2.1.2 统计能量分析方法基本概念  21-22
    2.1.3 统计能量分析方法的适用范围  22-23
    2.1.4 统计能量分析方法基本假设  23-24
  2.2 统计能量分析的基本公式  24-33
    2.2.1 模态密度的计算  24-27
    2.2.2 损耗因子的计算  27-30
    2.2.3 子系统间的纯功率流  30-32
    2.2.4 子系统间功率流平衡方程的普遍形式  32-33
  2.3 统计能量分析的基本过程  33-34
  2.4 AutoSEA 软件介绍  34-39
    2.4.1 AutoSEA 软件概述  34-35
    2.4.2 AutoSEA 软件应用范围  35-36
    2.4.3 AutoSEA 软件特点及组成  36-38
    2.4.4 AutoSEA 软件分析过程  38-39
  2.5 本章小结  39-41
第三章 AutoSEA 仿真计算的实验验证  41-63
  3.1 实验测试方法的理论基础  41-42
  3.2 内损耗因子测量方法的介绍  42-45
    3.2.1 模态内损耗因子测量方法  42-43
    3.2.2 频带平均内损耗因子测量方法  43-45
  3.3 耦合损耗因子测量方法的介绍  45-47
    3.3.1 损耗因子现场稳态测试方法  45-46
    3.3.2 损耗因子瞬态测试方法  46-47
  3.4 耦合损耗因子与内损耗因子的同步实验及计算  47-55
    3.4.1 实验方案介绍  47-48
    3.4.2 测试系统概述  48-51
    3.4.3 加速度测点布置  51
    3.4.4 激励力及激励点的布置  51-54
    3.4.5 耦合损耗因子与内损耗因子的测试步骤  54-55
    3.4.6 测试所用仪器及实验注意事项  55
  3.5 实验结果及分析  55-62
    3.5.1 频响函数测试结果  55-57
    3.5.2 输入功率谱  57-58
    3.5.3 损耗因子测试结果  58-60
    3.5.4 实验结果与AutoSEA 仿真的振动能量对比  60-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章 AuotoSEA 仿真实现卫星模型的隔振设计  63-80
  4.1 有限元与 AutoSEA 综合建模  63-64
  4.2 AutoSEA 的子系统划分  64-67
    4.2.1 建立子系统时需要注意的问题  64-65
    4.2.2 建立卫星模型的子系统  65-67
  4.3 参数与载荷设置  67-69
  4.4 振动响应结果分析  69-71
  4.5 系统隔振综述及方案设计  71-79
    4.5.1 隔振的方法介绍  71-74
    4.5.2 隔振方案设计及仿真验证  74-79
  4.6 本章小结  79-80
第五章总结与展望  80-82
  5.1 全文总结  80-81
  5.2 工作展望  81-82
参考文献  82-84
致谢  84-85
攻读硕士期间所发表的论文  85

基于统计能量法的卫星高频振动分析及隔振研究

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