文档介绍：国内图书分类号:O313 学校代码:10213 国际图书分类号:530 密级:公开工学硕士学位论文时变质量柔性结构的动力学建模与分析硕士研究生:赵锐导师:于开平教授申请学位:工程硕士学科:航天工程所在单位:航天学院航天工程与力学系答辩日期:2012年7月授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index:O313 .:530 Dissertation for the Master Degree in Engineering DYNAMICS MODELING AND ANALYSIS OF TIME-VARYING MASS FLEXIBLE STRUCTURES Candidate: Zhao Rui Supervisor: Prof. Yu Kaiping Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Astronautical Engineering Affiliation: Department of Astronautical Engineeringand Mechanics, School of Astronautics Date of Defence: July, 2012 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-I- 摘要随着新型运载火箭结构尺寸与直径的不断增加,火箭整体结构的刚度不断下降、柔性不断增加,使得由于飞行器做大范围运动所引起的全箭刚柔耦合动力学问题变得越来越突出。同时,随着火箭燃料燃烧速率不断提高,使得由于火箭结构质量参数随时间快速变化所引起的时变质量参数结构动力学问题也变得越来越突出。因此,在新型大型运载火箭的设计研发中,建立一个更加精确的时变质量参数柔性结构的动力学模型是非常有必要的。本文分别从结构动力学和柔性多体动力学两个角度出发,针对时变质量柔性结构的动力学建模与分析方法进行了研究。本文首先建立了时变质量参数的单自由度、两自由度和多自由度系统的结构动力学方程,并从中提取出了时变质量参数结构动力学方程的普遍形式。然后,推导了有限元法中具有时变质量参数单元的时变单元质量矩阵的一般形式,并利用时变质量参数单元质量矩阵普遍形式的特点,提出了一种改进的时变质量参数有限元模型整体质量矩阵的计算方法,对于时变质量参数情况该方法可以有效减小计算量。其次,通过对比数值仿真结果验证了静态基方法的有效性。最后,以静态基方法为基础,对Wilson, . [17]的方法进行了改进, 发展了一种新的考虑模态形状时间导数影响的时变质量柔性结构刚-柔耦合动力学模型的建模方法。这种新方法避免了模态形状关于时间的导数的计算过程,因此避免了由此所引发的数值不稳定现象,同时该方法中仅需要计算初始时刻结构的模态信息,因此计算规模也大大减小。本文最后还通过对比原方法和新方法的数值仿真结果验证了新方法的有效性。关键词:时变质量;刚柔耦合;结构动力学;柔性多体动力学; 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-II- Abstract With the size and diameter increasing of new launch vehicle structures, the overall stiffness of rocketstructure declines and the flexibility increasesconstantly, which give rise tothat the wholerocketrigid-flexible coupling dynamicsproblemcaused by wide range movement of e more and more , with the increasingrates of rocket fuel combustion, themassparameterstime-varyingdynamics problems caused bythe rapid changesofrocket structural massparameterswithtimeare ing increasingly prominent. Therefore, it is of great significance to constructa more pr