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高技术通讯 2001. 7
一类航天复杂结构计算机- 试验辅助建模研究①
王聪②姜兴渭黄文虎
(哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨 150001)
摘要基于计算和试验相结合的系统建模方法,以某航天器仪器舱结构为例,应用
MSC/ NASTRAN 有限元计算工具和 LMS CADA/ X 动态试验分析系统,进行了计算机
试验辅助建模(CTAM) 。针对这一类航天复杂结构建模过程的具体问题,提出了相应的
解决办法,相关2性2 检验分析结果 MAC 验证了该方法的有效性。
关键词航2 天2 复杂结构, 动力学分析, 计算机试验辅助建模
实系统的低阶模态特性[2 ] ,同时实验过程也会产生
0 引言
误差[3 ] 。由于两种途径都存在局限性,因此,将理
航天复杂结构系统由于模态密集、不平稳裁荷论和试验建模结合起来应用,是比较理想的途径,计
等原因,结构动力分析、控制以及优化设计等成为关算机试验辅助建模就是这样一种途径。充分利用
键性问题。结构动力学问题的研究,都离不开数学理论和试验建模两者的优点,首先用分析的方法建
模型。仪器舱是航天器中的核心结构系统,舱内设立具有先验性的有限元模型( FEM) ,然后依据能反
备负责通信、导航、控制等重要任务。而这些仪器设应真实系统动态特性的测量参数来个修正 FEM ,使
备通常对振动环境要求较高,因而仪器舱的振动成之在试验频段内,计算模态参数与试验值有较好的
为航天器动特性设计的关键性工作,对提高航天器一致性。
的可靠性及技术战术任务具有十分重要的意义。计算机试验辅助建模 CTAM ( Computer and
对结构系统模态分析可以通过模态试验和模态 Test Aided Modelling) 是计算机辅助建模 CAM
计算两种途径实现,但都存在一定的局限性[1 ] 。将(Computer Aided Modelling) 和计算机辅助测试
两种方法结合起来,经过模态相关性分析及模型修 CA T ( Computer Aided Testing) 的结合[4 ] 。动力学
改则有可能获得精确的系统模型。导致航天器仪器系统的 CTAM 过程如图 1 。
舱等复杂结构系统振动的主要激励源是发动机和外
界随机激励,对仪器舱进行模态分析,了解和掌握其
动力学特性,是航天器仪器舱结构动态设计的前提
条件。本文在计算和试验模态分析的基础上,进行
了理论和试验相结合的建模研究。
1 计算机试验辅助建模
比较成熟的系统建模方法有理论和试验两种,
理论建模目前一般采用有限元法,实质上是一种基
于离散化的结构动力学分析方法。考虑边界条件、
参数选择以及非线性等因素,计算精度往往不够高。
随着动态测试、分析设备等技术的发展,试验模态分图 1 CTAM 过程
析可得到比较精确的结构动态特性,如频响函数和
模态参数(振型、固有频率、模态阻尼和刚度系数计算模型一般是通过有限单元法或边界元法,
等) 。这样由试验建立的数学模型比理论(有限元) 依靠计算机的辅助完成而称为计算机辅助建模
更接近实际系统。但实测信息不完整,只能反映真 CAM ,目前已形成多种标准化的工具软件。试验模
① 863 计划资助项目(8