為降低某航天用小型低溫杜瓦的漏熱,同時提升其力學(xué)性能,采用了超高強(qiáng)度、低熱導(dǎo)率且密度小的凱夫拉纖維作為杜瓦的支撐材料,設(shè)計了支撐結(jié)構(gòu)。通過對結(jié)構(gòu)建立固有頻率理論模型,采用Rayleigh法推導(dǎo)了前6階固有頻率的表達(dá)式,用有限元分析軟件Ansys與理論計算結(jié)果進(jìn)行了對比。對其中某工況設(shè)計了實際的實驗支撐結(jié)構(gòu),對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三向掃頻實驗。理論計算結(jié)果與有限元仿真結(jié)果趨勢符合良好,實驗結(jié)果與理論模型誤差在20%以內(nèi)。結(jié)果表明,在此種支撐結(jié)構(gòu)中,凱夫拉纖維的橫截面積、纖維繩索布置的軸向角以及平面角對其固有頻率具有較大影響,接觸點距離以及纖維繩索預(yù)緊力對固有頻率影響較小。

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【部分圖文】：

圖5Ls對固有頻率的影響規(guī)律

圖4γ對固有頻率的影響規(guī)律圖6A對固有頻率的影響規(guī)律

圖1系統(tǒng)實際結(jié)構(gòu)圖

杜瓦內(nèi)膽為圓柱殼狀結(jié)構(gòu)，由于凱夫拉只能承受拉力，為限制其全部自由度，采用12根凱夫拉繩索上下對拉的形式，上部繩索與杜瓦內(nèi)膽接觸位置在同一橫截面內(nèi)，下部繩索與杜瓦內(nèi)膽接觸位置在同一橫截面內(nèi)，繩索與杜瓦中軸線呈一定的軸向夾角和徑向夾角，各繩索的長度一致。設(shè)計的系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)如圖1所示。....

圖2支撐結(jié)構(gòu)簡化模型

簡化模型見圖2，確定支撐結(jié)構(gòu)需要上述Ls，θ，γ，A和F共5個參數(shù)。根據(jù)簡化后的模型，可得出凱夫拉繩索長度L為平面角θ及軸向角γ的函數(shù)1.2固有頻率模型

圖3θ對固有頻率的影響規(guī)律

除此之外，從圖3～7還可以看出，在預(yù)測支撐結(jié)構(gòu)振型為沿水平面翻轉(zhuǎn)的固有頻率上，計算結(jié)果與仿真結(jié)果的偏差值大于其他4階模態(tài)，在改變θ及γ時，二者差異更大。由于在計算模型的假設(shè)中，杜瓦為質(zhì)心位于中心位置的剛體，通過計算這一剛體的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)而求出對應(yīng)固有頻率。而實際結(jié)構(gòu)以及有限元分析中....

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