复杂航天器结构动力学两类精确建模方法研究及软件开发

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyongqiang615
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随着工程技术的发展,尤其是计算机仿真技术在工程结构动力学分析中的广泛应用,对于复杂工程结构的计算机仿真建模精度的要求也越来越高。在航天工程领域,复杂航天器结构的动力学精确建模一直是工程师与学者们关注的问题。在实际工程上,常使用有限元方法建立结构的仿真模型。建立精确的有限元模型并利用其预示系统的动力学特性及响应,对于航天器结构的设计及动力系统控制有着重要的意义。本文围绕着复杂航天器结构的精确建模这一主题,从子结构模态综合和模型修正两个方面研究了提高有限元建模精度及效率的方法。子结构模态综合是一种经典的动力学建模方法,它的中心思想是将复杂的系统划分为若干简单子结构,先对子结构进行分析,然后将他们综合在一起实现整个动力系统的分析。本文在传统的混合界面模态综合方法的基础上,发展了多重多级混合界面模态综合法。此方法弥补了传统方法只能针对两个子结构进行耦合分析的不足,可以将更加复杂的结构进行更加细致的划分,从而减小问题的规模,提高有限元的计算效率。并且,通过子结构模态综合方法可以提高有限元在中高频的计算能力,这点通过一个算例得到了说明。模型修正是一项非常热门的研究课题,与传统的直接建模方法不同,模型修正期望通过对比有限元计算结果与试验结果之间的差异来修正有限元模型,从而提高有限元模型的计算精度。本文针对目前航天器结构经常进行基础激励试验的需求,发展了考虑阻尼的基于基础激励响应数据的模型修正方法。本文提出方法的创新点在于考虑了阻尼参数的修正,这对于提高有限元模型响应计算精度是非常重要的。本文提出的方法,其有效性均通过简单的算例进行了验证。在算例的基础上,探讨了方法的性能和针对实际问题的应用策略。随后,利用商用有限元软件的二次开发语言DMAP和PCL将设计算法形成了可应用于工程实际的软件。利用所开发软件,对于实际的航天器结构进行了建模研究,探讨了算法在实际工程中的应用能力,对于先进数学方法在复杂航天器精确建模实际工程中的应用有着重要的推进作用。
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