卫星仪器板阻尼减振布局优化设计

发布时间：2020-06-13 09:00

【摘要】：卫星发射入轨以及在轨运行过程中所产生的激励载荷会引起卫星仪器板结构振动,如不采用合适的减振措施,轻则影响搭载仪器的正常工作,重则造成仪器板结构失效,因此有必要对仪器板进行振动控制研究。由于卫星质量受到严格限制,在对仪器板进行减振设计时,需对减振材料/结构进行优化配置。本文基于约束阻尼、内嵌阻尼、填充阻尼等减振方法,以提高仪器板模态阻尼比为目标,考虑减振材料质量约束,开展卫星仪器板阻尼减振布局优化研究。首先,针对约束阻尼结构在仪器板表面的粘贴布局优化问题,在模型验证以及影响参数分析基础上,通过改进拓扑优化算法中设计变量的更新迭代格式,解决了约束阻尼结构拓扑优化问题中的灵敏度非负性问题,提高了求解过程数值稳定性以及优化收敛效果,并求解了两类典型仪器板约束阻尼布局优化方案。然后,针对阻尼材料在仪器板蜂窝胞元中的内嵌布局优化问题,基于胞元等效理论推导了内嵌阻尼蜂窝夹层板等效材料参数,通过与3D有限元模型计算结果对比,验证了等效推导的正确性;利用形函数节点插值方式表征内嵌阻尼材料分布,将拓扑优化问题转化为关于控制节点的参数优化问题,并求解了两类典型仪器板内嵌阻尼布局优化方案。其次,针对阻尼材料在仪器板芯层内部的填充布局优化问题,建立了填充阻尼仪器板三维实体模型,分析了填充材料参数对仪器板动特性的影响规律,并基于改进的变密度拓扑优化方法,求解了两类典型仪器板填充阻尼布局优化方案。最后,综合上述三类阻尼减振布局优化方法,分别以典型仪器板和实际卫星仪器板为对象,开展了约束阻尼结构变厚度布局优化、约束阻尼与填充阻尼组合布局优化以及约束阻尼与内嵌阻尼组合布局优化等方面研究。结果表明:阻尼材料优先布置于仪器板剪切应变较大的区域有利于提升仪器板阻尼减振效果;相比于内嵌和填充阻尼方法,约束阻尼对卫星仪器板结构模态阻尼比提升起主要作用,且约束阻尼层厚度配比对结构模态阻尼比影响显著;针对某卫星仪器板,通过增加2.1kg阻尼材料,实际仪器板模态阻尼比由0.6%提高到1.6%。
【图文】：

与层之间粘结牢固，没有相对位移，其特殊的结构形式，仅考虑其剪切承下约束层阻尼XY图 2.1 含约束阻尼蜂窝夹层板结构示意图壳单元建立薄板模型。夹层板属于层合mposite）属性，共包含三层，上下两层层板四边固支，即约束板四边节点六个有限元模型。

夹层板四边固支，，即约束板四边节点六个方向自由度。蜂窝夹层板有限元模型。图 2.2 蜂窝夹层板有限元模型阻尼主要通过阻尼材料变形耗能实现结构减振，因此为了体现阻变形，采用体单元建立阻尼层。采用 24×24 个体单元建立阻尼单元选取 3D 体单元类型。约束层主要对阻尼层变形进行约束，因可采用 24×24 个壳单元建立其有限元模型，单元类型选用普通 2
【学位授予单位】：国防科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V414.1;TB535.1

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本文编号：2710940