隨著航天重大工程的逐步實(shí)施,桁架式空間可展結(jié)構(gòu)正朝著大型化、輕量化和多功能等方向發(fā)展,該類桁架結(jié)構(gòu)具有周期性、大柔度、構(gòu)型復(fù)雜等特點(diǎn)。為滿足大型空間結(jié)構(gòu)的高精度、高可靠性要求,其動(dòng)力學(xué)建模、非線性振動(dòng)與振動(dòng)控制等問題越來越復(fù)雜且難于處理。因此,大型空間可展結(jié)構(gòu)的等效連續(xù)體建模成為研究熱點(diǎn)。著重介紹大型空間可展桁架結(jié)構(gòu)等效動(dòng)力學(xué)建模的研究現(xiàn)狀,綜述了等效動(dòng)力學(xué)建模的研究對(duì)象、方法及已取得的成果,提煉出等效動(dòng)力學(xué)建模和與之相應(yīng)的非線性振動(dòng)與振動(dòng)控制研究領(lǐng)域中亟待深入研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。 

【文章來源】：飛控與探測(cè). 2020,3(01)

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

類梁式桁架的連續(xù)體模型

圖1 類梁式桁架的連續(xù)體模型郭宏偉等[27]基于Noor提出的等效建模理論，建立了環(huán)形天線桁架結(jié)構(gòu)的等效環(huán)形梁模型（見圖3），獲取了等效模型的剛度和質(zhì)量矩陣，采用有限元方法求解了該等效模型的動(dòng)力學(xué)特性，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析與驗(yàn)證。

郭宏偉等[27]基于Noor提出的等效建模理論，建立了環(huán)形天線桁架結(jié)構(gòu)的等效環(huán)形梁模型（見圖3），獲取了等效模型的剛度和質(zhì)量矩陣，采用有限元方法求解了該等效模型的動(dòng)力學(xué)特性，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析與驗(yàn)證。Stephen和Zhang[28]采用狀態(tài)變量傳遞矩陣法等效出鉸接非對(duì)稱三棱柱類梁式周期桁架結(jié)構(gòu)的連續(xù)體參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了拉伸-扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)分析。一些學(xué)者采用離散的有限單元直接獲得桁架結(jié)構(gòu)的等效剛度[29-30]，但該等效方法沒有充分利用結(jié)構(gòu)的周期性特點(diǎn)，在對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析過程中會(huì)導(dǎo)致建模難度大，耗時(shí)較長(zhǎng)，且不利于參數(shù)分析等問題。Nayfeh等[31]和Dow等[32]采用轉(zhuǎn)換矩陣法分別建立了類板式和類梁式桁架結(jié)構(gòu)的連續(xù)體模型。Lee[33]根據(jù)各構(gòu)件的剛度和質(zhì)量矩陣，通過矩陣轉(zhuǎn)換得到等效梁模型的剛度和質(zhì)量矩陣，研究了平面非對(duì)稱桁架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，并指出等效梁模型固有頻率比原結(jié)構(gòu)偏高這一現(xiàn)象。基于Rayleigh原理分析，其原因在于等效梁模型自由度數(shù)降低，相當(dāng)于約束條件增加導(dǎo)致振動(dòng)頻率偏高；此后，Lee[34]發(fā)展了譜元法來構(gòu)建平面周期性桁架結(jié)構(gòu)的等效梁模型，對(duì)比分析了等效結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。Burgardt和Cartraud[35]將鉸接平面桁架結(jié)構(gòu)的位移表示為分段線性函數(shù)，采用平均化方法定義等效梁模型的應(yīng)力和應(yīng)變參數(shù)，并進(jìn)行了靜力學(xué)分析。Necib和Sun[36]將平面周期桁架結(jié)構(gòu)等效為高階Timoshenko梁，采用位移等效方法研究了非對(duì)稱平面桁架結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)及瞬態(tài)響應(yīng)特性，該等效方法需預(yù)先獲知節(jié)點(diǎn)力的大小及分布情況，并指定其邊界條件。利用離散域方法可以構(gòu)建桁架結(jié)構(gòu)的連續(xù)體模型[37-38]，然而隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和維度的增加，這種方法將變得異常復(fù)雜。Dow等[39]采用3階多項(xiàng)式近似表示結(jié)構(gòu)的位移，生成60個(gè)系數(shù)用于確定應(yīng)變-位移關(guān)系。Murphey[40]推導(dǎo)了不同形式的鉸接桁架結(jié)構(gòu)軸向、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)剛度的簡(jiǎn)化通用方程，并研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)該通用方程計(jì)算精度的影響。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于壓電纖維復(fù)合材料的航天器動(dòng)力學(xué)建模與振動(dòng)抑制[J]. 孫杰,黃庭軒,朱東方,黃靜,孫祿君.  飛控與探測(cè). 2019(03)
[2]基于拉蓋爾函數(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)預(yù)測(cè)控制方法[J]. 胡慶雷,解靜潔,奚勇.  飛控與探測(cè). 2019(01)
[3]大型柔性航天器動(dòng)力學(xué)與振動(dòng)控制研究進(jìn)展[J]. 曹登慶,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陳立群,詹世革.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2019(01)
[4]高溫環(huán)境下纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等效參數(shù)預(yù)測(cè)[J]. 陳素芳,譚志勇,姜東,董萼良,費(fèi)慶國(guó).  振動(dòng)與沖擊. 2018(11)
[5]考慮間隙運(yùn)動(dòng)副的桁架單胞等效建模與分析[J]. 張偉,劉宏利,郭翔鷹.  動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào). 2018(02)
[6]大型衛(wèi)星太陽能帆板的分布式振動(dòng)控制[J]. 王恩美,鄔樹楠,王曉明,吳志剛.  航空學(xué)報(bào). 2018(01)
[7]形狀記憶復(fù)合材料可展桁架在軌熱分析[J]. 衛(wèi)飛,劉振宇,吳慧英.  熱科學(xué)與技術(shù). 2016(03)
[8]大型網(wǎng)架式可展開空間結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)與控制[J]. 胡海巖,田強(qiáng),張偉,金棟平,胡更開,宋燕平.  力學(xué)進(jìn)展. 2013(04)
[9]航天器動(dòng)力學(xué)與控制的研究進(jìn)展與展望[J]. 黃文虎,曹登慶,韓增堯.  力學(xué)進(jìn)展. 2012(04)
[10]空間智能桁架的傳感器作動(dòng)器位置優(yōu)化和分散化自適應(yīng)模糊振動(dòng)控制[J]. 李東旭,劉望,蔣建平,許睿.  中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2011(05)



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