鉸鏈連接結構非線性動力學模型修正方法研究.pdf

1、隨著航天工業(yè)的迅猛發(fā)展，因為空間站建設、深空探測、對地觀測等航天任務的需要，大型鉸鏈連接可展結構得到了廣泛的應用，例如衛(wèi)星天線的支撐結構、柔性太陽能帆板的展開支撐臂等結構?？烧菇Y構各部件之間通過鉸鏈來連接，鉸鏈中存在間隙，在載荷作用下會發(fā)生摩擦和碰撞等非線性現(xiàn)象，對航天器的工作精度和抗干擾能力產(chǎn)生不利影響。鉸鏈連接結構的動力學模型可分為線性和非線性兩類。為了便于分析和計算，在航天器工程設計中，經(jīng)常將鉸鏈簡化為線性梁單元或線性彈簧單元，這

2、種工程處理方法忽略了鉸鏈的非線性影響，在精細化系統(tǒng)動力學建模中會帶來較大的誤差。因此，需要對鉸鏈的非線性力學特性展開研究，在此基礎上研究鉸鏈連接結構的非線性動力學特性。本文開展的主要研究工作包括:
　　研究了系統(tǒng)動力學微分方程的常用解法，包括時域方法和頻域方法。求解時域響應的常用的數(shù)值方法為直接積分法，包括中心差分法、Wilson-θ法、Houbolt法和Newmark-β法等，介紹和總結了每種方法的推導過程和運用時程序編寫的思路

3、。關于頻域方法，介紹了應用較為廣泛的諧波平衡法基本理論。微分方程的求解為后續(xù)研究提供了理論基礎和技術手段。
　　建立了含非線性鉸鏈的鉸梁結構非線性動力學模型，分別考慮了立方非線性、間隙非線性以及分段剛度非線性等三種不同的鉸鏈非線性特性，從時域和頻域計算了結構的非線性動力學響應。在時域方面，運用中心差分法和Newmark-β法兩種方法進行非線性動響應的計算，兩種方法計算結果基本一致，能夠相互驗證。在頻域方面，運用諧波平衡法對結構進行

4、了頻響分析，得到結構的固有頻率，用時域結果進行驗證，得到了較好的一致性，說明了諧波平衡法對此類非線性結構的分析的有效性。建立了含立方非線性鉸鏈的單榀平面桁架模型，運用諧波平衡法計算頻響函數(shù)，并且基于頻響函數(shù)對單榀桁架模型進行了模型修正，驗證了模式搜索法修正方法的有效性。
　　建立只考慮鉸鏈徑向剛度的含鉸單桿非線性力學模型，推導了含鉸單桿的等效剛度，并基于該模型建立多鉸鉸鏈連接桁架的動力學模型。對多自由度空間鉸接桁架進行動力學仿真，