【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計算機技術(shù)的進步,世界各國在航天器發(fā)射領(lǐng)域不斷前進,試驗和仿真的能力有了很大的提高,全球航天器發(fā)射達到了一個較高的水平。但航天器領(lǐng)域仍然存在著許多尚未解決的難題,新問題源源不斷地出現(xiàn)。當今世界各國航天在高精度航天器領(lǐng)域爭相發(fā)展,這種航天器對成像環(huán)境有很嚴格的要求,在設(shè)計時有一定困難,在整體尺寸較大的同時,又保持了對振動和環(huán)境變化的敏感性。為此,在研制高精度航天器的過程中,有必要探究如何對微振動進行模擬分析、其振動特性是什么、如何對微振動進行有效控制。本文主要研究工作和結(jié)論如下:(1)使用HyperMesh軟件建立較為準確的航天器結(jié)構(gòu)有限元模型。使用有限元分析軟件MSC.Nastran為求解器,對整體結(jié)構(gòu)和部分結(jié)構(gòu)分別進行了模態(tài)分析。通過模態(tài)分析了解航天器整體動力學(xué)特性:由于太陽翼處于展開狀態(tài),整體結(jié)構(gòu)存在許多低階模態(tài);而功能艙、主鏡組件及次鏡組件基頻較高。(2)對載荷來源進行相關(guān)理論推導(dǎo),并給出該動量輪具體的不平衡力(矩)載荷。依據(jù)載荷的正弦特性,對結(jié)構(gòu)進行頻率響應(yīng)分析,得到結(jié)構(gòu)在整個分析頻率段內(nèi)的振動響應(yīng)特性:結(jié)構(gòu)在垂直于主光軸方向的振動較大,而主光軸方向的振動響應(yīng)較小。(3)結(jié)合采樣定理、隨機信號的功率譜密度定義及快速傅里葉變換(FFT),通過MATLAB編程,將由軸承潤滑、摩擦以及其它擾動源引入的寬帶隨機噪聲,和不平衡力(矩)載荷一同轉(zhuǎn)化為供加載的時域信號。(4)使用MSC.Nastran中的模態(tài)疊加法瞬態(tài)響應(yīng)分析對結(jié)構(gòu)進行微振動分析,輸出主鏡和次鏡的位移響應(yīng)曲線,通過后處理得到主鏡和次鏡中心點的變形曲線、運動軌跡和相對位移。從中得到結(jié)論:主鏡和次鏡的彈性形變遠小于其剛體位移,在模擬計算時,可以近似將主鏡和次鏡認為是剛體,主要關(guān)心剛體位移對成像的影響,以減少計算量。(5)通過給出鏡和次鏡上主要節(jié)點的位移響應(yīng)曲線,驗證航天器結(jié)構(gòu)的臨界阻尼比對微振動位移響應(yīng)峰-峰值有較明顯的影響;而作為激勵源的動量輪,其安裝剛度對微振動幅值影響很小,不能將增大其剛度作為減小微振動幅值的方法。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V414
【圖文】：

合金鋁 2.7 0.37 71圖 2.1 MSC.Nastran 各向同性材料輸入格式蜂窩夾層板是航天器中使用廣泛的承載結(jié)構(gòu)[63]，來源于仿生學(xué)，模仿蜂巢的形狀和結(jié)構(gòu)。特點是可以使用較少的質(zhì)量，保留大部分強度特性。一般蜂窩板表面使用鋁蒙皮，內(nèi)部為蜂窩芯子。蜂窩芯子的力學(xué)特性復(fù)雜，在有限元分析中常常等效為各向異性材料，參數(shù)見表 2.3。在 MCS.Nastran 中，使用 MAT8 卡片對板殼單元正交各向異性材料進行定義，卡片格式如圖 2.2 所示。其中，MAT8為卡片名，MID 為卡片編號，E1 代表 X 方向彈性模量，E2 代表 Y 方向彈性模量，NU12 代表 XY 平面泊松比，G12、G1Z、G2Z 分別代表 XY 平面、YZ 平面和 XZ 平面的剪切模量，RHO 代表密度，其余參數(shù)在本文中未使用。

XY 平面剪切模量 G12（MPa） 0.14XZ 平面剪切模量 G1Z（MPa） 235.0YZ 平面剪切模量 G2Z（MPa） 156.0單元屬性的定義中要根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸定義其屬性，三維實體單元已經(jīng)對幾何尺需要根據(jù)材料在 MSC.Nastran 中定義 PSOLID 單元并選擇對應(yīng)的等效為一維梁單元的，除了材料還需要給出截面尺寸；等效為二，要給出結(jié)構(gòu)厚度。中航天器的螺栓、主框架、太陽翼邊框等使用梁單元進行等效，截和矩形，可以直接使用 HyperBeam 定義規(guī)則形狀的截面尺寸，只并輸入相關(guān)參數(shù)即可。梁截面形狀如圖 2.3 所示。

圖 2.5 復(fù)合鋪層板殼屬性輸入格式.5 各分系統(tǒng)有限元模型為了簡化計算，功能艙只保留傳遞振動的主框架結(jié)構(gòu)和蜂窩板，以及響主鏡和次鏡組件，衛(wèi)星平臺只保留主要的主框架、太陽翼、蜂窩板以及結(jié)構(gòu)，其余電子元器件只考慮其質(zhì)量特性。（1）螺栓、螺釘和鉚釘有限元模型本文中使用的裝配結(jié)構(gòu)能夠傳遞軸力、剪力和彎矩。且自身也會發(fā)生單元可以用來模擬這種力學(xué)性質(zhì)，因此螺栓、螺釘、鉚釘用梁單元來截面為圓形，直徑為相應(yīng)結(jié)構(gòu)的公稱直徑。圖 2.6 為模擬直徑 M5 的螺元示意圖，其中 M5 表示公稱直徑為 5mm，L 為螺栓、螺釘或者鉚釘在型的長度（根據(jù)被連接件有限元模型的位置確定）。

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本文編號：2790857