大型环形桁架天线进出地影期热致振动特性研究

对一类装备大型环形桁架天线的航天器在轨环境下的热-结构耦合问题进行了研究.将结构应变考虑为热应变与弹性应变的线性叠加,引入了热-弹耦合的线性时变刚度,建立了环形桁架天线的索网-框架组合结构热-弹耦合动力学方程.考虑了航天器姿态角的变化以及航天器部件遮挡对各部件温度变化的影响,建立了时变温度场模型.将得到的温度场作为外载荷激励,分析了进出地影期温度变化对航天器结构热致振动的影响规律,研究结果显示在轨温度环境对该结构影响不大.对某型号航天器在轨数据进行了分析,验证了数值分析的有效性.     

大型环形桁架天线分布式驱动展开方法与数值分析

作为星载大型天线的典型结构形式,大型环形桁架天线在新一代大型通信卫星、中继卫星、对地观测卫星等中需求迫切,且需求的口径越来越大.然而随着天线口径的增大,天线展开所需要的驱动力也急剧增大,使得传统的电机-动力绳集中式驱动展开方式存在展开可靠性的问题.本文建立了大型环形桁架天线动力学仿真模型,对集中式电机驱动展开过程进行了仿真,揭示了集中式驱动下电机动力在传力路径上摩擦损失而导致的展开不同步问题,并对其展开过程能量消耗进行了分析,总结了集中式驱动存在的不足.在此基础上给出了一种基于负刚度驱动装置的分布式驱动展开方法,并通过数值算例验证了其有效性.     

空间含铰可展桁架结构的非线性动力学建模与分析

综合考虑间隙、非线性刚度、摩擦及碰撞阻尼,建立了铰链等效模型,并基于该等效模型建立了含铰可展桁架结构动力学模型。根据铰链的变拓扑结构特点,提出了适用于解决时变非线性动力学问题的附加力方法,对多自由度平面和空间可展桁架进行了动力学仿真,得到了可展桁架的动力学响应。通过设置不同铰链参数和外部激振条件,分析了不同间隙、激振力、摩擦力对含铰可展桁架频率和幅值的影响,结果表明:间隙和激振力增大可导致桁架固有频率降低,响应幅值增大;摩擦力增大可提高桁架的固有频率。多单元桁架伸展臂的动力学试验结果验证了文中建立的含铰可展桁架动力学模型的正确性。     

大型空间环形桁架天线反射器展开动力学模拟与实验研究

近年来,可展开环形桁架天线被广泛应用于航天领域,将其作为提升通信卫星水平的关键技术.环形桁架式天线反射器可以看作是由可展开环形桁架和柔性索网反射器组成的复杂刚-柔耦合多体系统.为了精确表征柔性构件发生的大转动、大变形运动特性,本文采用结合绝对节点坐标方法(ANCF)与自然坐标方法(NCF)的绝对坐标(ACB)方法对该系统进行建模.为了提高天线展开动力学模拟的计算效率,文中提出基于静力缩聚法和多层区域分解方法的并行求解算法实现大规模刚-柔多体系统动力学方程的高效求解.此外,为了精确反映反射器不同步展开现象,在展开动力学模型中考虑驱动力衰减的影响.最后,基于上述方法对环形桁架天线反射器展开的第二阶段进行动力学分析,并通过4 m缩比环形桁架天线地面实验验证数值模拟的结果.     

天线桁架结构有限元分析

介绍天线桁架结构的有限元分析,借助有限元分析软件ANSYS对天线桁架结构进行静力分析.研究了天线桁架在基本风压64kg/m2时的力学特性,得到天线桁架整体应力,为结构材料选择和结构尺寸的确定提供重要的理论支撑.     

塑性破坏模式下桁架杆件重要性评价与优化

为使结构易损性分析更符合实际破坏情况,考虑了材料的塑性性能,提出了桁架结构杆件塑性重要性系数的计算方法,进而实现桁架的优化设计.首先假设杆件为弹塑性材质,以刚度损失定义杆件的塑性状态及破坏模式,采用附加荷载来考虑塑性阶段的结构承载力;其次建立桁架结构刚度矩阵与变形刚度矩阵之间的关系,寻求杆件位移与变形的内在联系,由此推导杆件塑性重要性系数;最后,通过预先假设桁架受力最不利情况和破坏模式,基于前述塑性重要性系数计算,实现桁架杆件的优化.通过一榀平面桁架算例说明了考虑材料塑性性能时得到的重要性系数值与仅考虑弹性性能有所区别,桁架失效模式更合理.同时桁架结构优化后,可以充分利用各杆件的抗力.     

双缓冲腔环形间隙对凿岩机缓冲系统动态特性的影响

分析了液压凿岩机双缓冲系统的结构特点,应用孔口节流理论确定了缓冲活塞的静平衡位置,基于应力波传递原理得到了缓冲活塞的回弹速度,考虑油液的压缩特性推导出一级缓冲腔压力公式,由间隙流量公式得到了二级缓冲腔压力,在此基础上建立了缓冲活塞的运动微分方程.应用Matlab工具对双缓冲系统的动态特性进行了仿真,分析了不同环形间隙下缓冲活塞的运动规律,探讨了环形间隙对一级和二级缓冲腔压力的影响.提出与环形间隙和活塞最大行程的比值相关的间隙行程系数η.仿真结果表明,间隙行程系数与双缓冲系统的特性密切相关,存在最优范围.搭建了实验台,通过实验对缓冲系统的数学模型进行了验证.     

多模块构架式空间可展开天线结构参数优化

为降低卫星天线的发射成本,提高天线的展开刚度,以多模块构架式空间可展开天线结构的质量和1阶固有频率为目标函数,基于误差反向传播（BP）神经网络和遗传算法对天线的结构参数进行了优化.运用ANSYS软件对支撑桁架的结构参数进行了数值模拟,得到了与设计变量对应的目标函数值;通过正交试验设计,构建了用于神经网络训练和检验的样本集;按照BP算法的基本思想,调整网络模型的参数,建立了用于优化的预测模型;采用分目标乘除法,将多目标优化问题转变成单目标优化问题;采用遗传算法进行了优化分析,得到了支撑桁架各杆件的设计参数.结果表明：该优化方法在降低天线质量的同时,使结构的刚度得到了提高,为天线的结构设计提供了参考.     

大型环形桁架天线柔性包带展开动力学仿真与实验研究

柔性包带作为一种大型环形桁架天线的关键部件,解锁释放后的展开动力学行为对大型可展开天线的可靠展开具有重要影响.包带展开过程呈现大位移、大转动、大变形的特点,属典型的柔性体几何非线性范畴,其展开动力学行为异常复杂.文中基于10 m级大型可展开天线的柔性包带特性与功能要求,采用几何精确法建立了柔性包带的展开动力学数值分析模型,通过研究识别了影响展开动力学特性的关键参数,开展了常温及高低温下的展开试验验证,试验与数值分析结果相符,验证了数值分析结果的有效性     

X形柔性铰链等效刚度分析及结构特性研究

基于抗压双片段柔性铰链,设计了4片段X形柔性铰链,并对其结构特性进行了研究.X形柔性铰链中的主要变形片段为弯扭耦合片段,分别运用微分法和基于抗压双片段柔性铰链等效刚度算法分析了其弯扭耦合等效刚度,推导出了X形柔性铰链的等效刚度理论计算公式.设计了几组不同尺寸的X形柔性铰链实例,分别利用2种方法对这些实例进行了计算,并在ABAQUS软件中进行了仿真分析,3种分析方法结果表明了理论计算公式和仿真模型的正确性.最后,通过对不同尺寸的X形柔性铰链结构特性的分析,得到了铰链设计时应该尽量避免的结构参数范围.     

梳齿形柔性铰链的设计与分析

提出了一种基于平面折展机构的梳齿形状的新型柔性铰链,设计了该铰链的结构形式,并对其进行了分析,推导出该结构形式铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过设计实例的理论计算和有限元仿真分析,验证了计算公式和仿真模型的正确性,同时也验证了新型铰链的弯曲等效刚度在较大角位移下仍能保持良好的线性.对设计实例的强度进行了校核,在铰链达到最大角位移时具有较大的安全系数,并对设计实例的扭转等效刚度进行了仿真分析.最后,将设计实例的弯曲等效刚度与文献给出的IT-LEJ及LET铰链的弯曲等效刚度进行了比较.     

液相和多相环境下环形动密封泄漏流动和转子动力特性的研究进展

为保证泵和压气机的全负荷、高效和稳定运行,针对运行在液相和多相环境下的环形动密封特殊的泄漏流动和流体激振转子动力特性,研究人员开展了大量的理论和实验研究。首先,对液相和多相环形动密封的应用背景、密封流体激振力产生机理和转子动力特性系数数学模型进行了分析;然后,分别对纯液相环境下的环形动密封技术性能分析方法和结构设计研究进展,气液两相环境下环形动密封的泄漏流动、转子耗功和动力特性的研究现状,以及湿气环境下环形动密封技术的泄漏流动和转子动力特性的实验测量和数值模拟方面的研究结论进行了综述;最后,基于目前液相和多相环境下环形动密封性能在实验测量、数值模拟和理论分析方面的研究结论,展望了环形动密封技术在多相环境下的泄漏流动和流体激振转子动力特性方面需要深入开展的研究课题。针对纯液相环形动密封,研究人员已开发了相应的实验测试方法和基于BULK FLOW模型和CFD(computational fluid dynamics)的数值预测方法,还需进一步开展高效抑振方法和高阻尼液相动密封技术研究;针对气液两相环形动密封,研究人员主要通过实验测量方法获得气相组分和液相组分对密封泄漏和转子动力特性的影响规律,还需进一步开展气液两相密封高精度数值预测方法和密封微小间隙内两相流动机理研究。     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

天线精密测量支撑台架结构分析与优化

在紧缩场中进行天线测量,天线定位结构型式及整体刚度性能非常重要.根据天线测量中心运动范围及精度要求,为减小部件之间的错位公差,采用分段整体结构封闭设计,设计了一种新的天线支撑台架结构方案,详细进行了结构变形刚度分析,提出以比刚度高和系统重量低为双指标的优化函数.最后,以结构尺寸为基本变量,采用模拟退火算法,得出了天线支撑台架的具体结构尺寸.     

风洞天平校准台并联复位机构精度分析

并联机构由于具有结构简单和高刚度等优点,被大量应用于工程领域,该文针对风洞天平校准台6-DOF(degree of freedom)并联复位机构进行精度分析。利用D-H(Denavit-Hartenberg)方法分析每条支链运动传递过程,建立包含铰链制造误差的RRRPRR支链运动学模型。利用Qusai-Newton法分析不同结构参数下铰链制造误差对加载中心精度的影响规律。研究结果表明:加载中心精度与铰链偏移误差处于同一数量级,且呈线性关系;为降低铰链偏移误差对加载中心精度的影响,在满足设计要求的前提下,应选择较小定平台和较大动平台、较小平台铰链夹角以及较大的平台间距离。该研究为高精度风洞天平并联复位机构提供了重要的设计依据。     

PC斜拉式桁架梁桥动力特性

基于有限元理论，以某PC斜拉式桁架梁桥为工程实例，采用等效有限元法，建立三维有限元模型，对该结构进行动力计算分析。研究了桥墩刚度、横系梁刚度、桁架片刚度、桥墩高度、桥面宽度等参数对结构动力特性的影响，通过对结构的自振振型及频率进行相应分析，得出结构参数变化对结构的横向刚度、竖向刚度、纵向刚度和扭转刚度及其他动力特性的影响程度及规律。结果表明：桥墩的高度及刚度很大程度上决定了结构的纵向刚度，而横系梁的刚度是影响结构的横向刚度及抗扭刚度的主要因素。     

嵌入弹簧式气体箔片轴承动态特性实验研究

对嵌入弹簧式气体箔片轴承（NSFBs）的动态特性进行实验研究. 首先,设计搭建了NSFBs动态特性测试平台,分别对NSFBs进行转子静止和旋转（24.00 kr/min）状态下的冲击实验,从冲击实验结果中识别出轴承的动态刚度和等效黏性阻尼系数,并研究了轴承动态系数随弹簧个数的变化规律. 在测试过程中,为保证冲击载荷下不同弹簧数实验轴承的名义间隙相同,将轴承组装后进行静态推拉实验以测量实验轴承的名义间隙,然后根据测试的实际轴承间隙计算敲击实验中转子的直径. 实验结果表明：无论转子旋转还是静止,轴承的直接刚度系数、等效黏性阻尼系数和损耗因子都随着弹簧数量的增加而增加,并且,转子旋转状态下的直接刚度和等效黏性阻尼系数小于转子静止状态下的结果.     

错列式钢桁架结构受填充墙影响的抗震研究

错列式钢桁架结构比其他结构形式可节省约40%的用钢量,结构杆件的截面比较小,填充墙刚度对结构及杆件受力性能的影响较为重要.采用有限元分析软件ETABS,建立三维空间模型模拟结构的实际受力状态,通过对错列式钢桁架结构在地震力组合荷载作用下是否计取填充墙刚度的对比分析,给出了有关技术参数及钢结构设计的建议.对于错列式钢桁架结构,应据填充墙刚度、位置及与主结构的连接方式等建立空间三维模型进行计算,分析表明,填充墙在没有因偶遇地震荷载破坏之前,具有一定的刚度,它对于结构的自振周期及杆件内力的分布有较大影响.     

基于等效耦合刚度的平面折展滑块机构分析

柔性铰链是实现平面折展柔顺机构运动的关键部分。如何设计得到柔度好、精度高的柔性铰链一直是柔顺机构研究的关键问题。综合考虑影响平面折展机构铰链刚度和精度特性的等效弯扭及拉压刚度,以LET铰链为例,分析在不同载荷下各个参数对弯扭与拉压等效耦合刚度的影响趋势,从而提出弯扭与拉压等效耦合刚度的概念。通过大量的实例计算和分析,推导出LET铰链弯扭与拉压等效耦合刚度的经验公式。基于等效耦合刚度经验公式,对平面折展柔顺滑块机构进行分析。应用等效耦合刚度公式与不应用等效耦合刚度公式两种情况的分析结果和有限元仿真结果表明,应用等效耦合刚度经验公式的滑块位移计算精度得到很大的提高,验证了等效耦合刚度经验公式的适用性。     

大型滑动轴承油膜动特性系数现场识别方法的研究

提出一种可用于大型滑动轴承油膜动特性系数在线识别的新方法。该方法利用高速动平衡机特殊的支撑结构，通过改变运动中转子一滑动轴承的支撑刚度，拾取刚度改变前后系统动不平衡响应的稳态值，来确定油膜动特性系数。实验结果表明，该方法具有较高的精度和可靠性。