空间可展桁架结构等效动力学模型研究进展与展望
发布时间：2022-01-07 13:24
随着航天重大工程的逐步实施,桁架式空间可展结构正朝着大型化、轻量化和多功能等方向发展,该类桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点。为满足大型空间结构的高精度、高可靠性要求,其动力学建模、非线性振动与振动控制等问题越来越复杂且难于处理。因此,大型空间可展结构的等效连续体建模成为研究热点。着重介绍大型空间可展桁架结构等效动力学建模的研究现状,综述了等效动力学建模的研究对象、方法及已取得的成果,提炼出等效动力学建模和与之相应的非线性振动与振动控制研究领域中亟待深入研究的关键科学问题。
【文章来源】：飞控与探测. 2020,3(01)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
类梁式桁架的连续体模型
图1 类梁式桁架的连续体模型郭宏伟等[27]基于Noor提出的等效建模理论，建立了环形天线桁架结构的等效环形梁模型（见图3），获取了等效模型的刚度和质量矩阵，采用有限元方法求解了该等效模型的动力学特性，并与实验结果进行了对比分析与验证。
郭宏伟等[27]基于Noor提出的等效建模理论，建立了环形天线桁架结构的等效环形梁模型（见图3），获取了等效模型的刚度和质量矩阵，采用有限元方法求解了该等效模型的动力学特性，并与实验结果进行了对比分析与验证。Stephen和Zhang[28]采用状态变量传递矩阵法等效出铰接非对称三棱柱类梁式周期桁架结构的连续体参数，并对其进行了拉伸-扭转耦合振动分析。一些学者采用离散的有限单元直接获得桁架结构的等效刚度[29-30]，但该等效方法没有充分利用结构的周期性特点，在对大型复杂结构的分析过程中会导致建模难度大，耗时较长，且不利于参数分析等问题。Nayfeh等[31]和Dow等[32]采用转换矩阵法分别建立了类板式和类梁式桁架结构的连续体模型。Lee[33]根据各构件的刚度和质量矩阵，通过矩阵转换得到等效梁模型的刚度和质量矩阵，研究了平面非对称桁架结构的振动特性，并指出等效梁模型固有频率比原结构偏高这一现象。基于Rayleigh原理分析，其原因在于等效梁模型自由度数降低，相当于约束条件增加导致振动频率偏高；此后，Lee[34]发展了谱元法来构建平面周期性桁架结构的等效梁模型，对比分析了等效结构与原结构的动力学特性。Burgardt和Cartraud[35]将铰接平面桁架结构的位移表示为分段线性函数，采用平均化方法定义等效梁模型的应力和应变参数，并进行了静力学分析。Necib和Sun[36]将平面周期桁架结构等效为高阶Timoshenko梁，采用位移等效方法研究了非对称平面桁架结构的固有振动及瞬态响应特性，该等效方法需预先获知节点力的大小及分布情况，并指定其边界条件。利用离散域方法可以构建桁架结构的连续体模型[37-38]，然而随着结构复杂度和维度的增加，这种方法将变得异常复杂。Dow等[39]采用3阶多项式近似表示结构的位移，生成60个系数用于确定应变-位移关系。Murphey[40]推导了不同形式的铰接桁架结构轴向、弯曲、剪切和扭转刚度的简化通用方程，并研究了结构参数对该通用方程计算精度的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压电纤维复合材料的航天器动力学建模与振动抑制[J]. 孙杰,黄庭轩,朱东方,黄静,孙禄君. 飞控与探测. 2019(03)
[2]基于拉盖尔函数的卫星姿态预测控制方法[J]. 胡庆雷,解静洁,奚勇. 飞控与探测. 2019(01)
[3]大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展[J]. 曹登庆,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陈立群,詹世革. 力学学报. 2019(01)
[4]高温环境下纤维增强复合材料等效参数预测[J]. 陈素芳,谭志勇,姜东,董萼良,费庆国. 振动与冲击. 2018(11)
[5]考虑间隙运动副的桁架单胞等效建模与分析[J]. 张伟,刘宏利,郭翔鹰. 动力学与控制学报. 2018(02)
[6]大型卫星太阳能帆板的分布式振动控制[J]. 王恩美,邬树楠,王晓明,吴志刚. 航空学报. 2018(01)
[7]形状记忆复合材料可展桁架在轨热分析[J]. 卫飞,刘振宇,吴慧英. 热科学与技术. 2016(03)
[8]大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制[J]. 胡海岩,田强,张伟,金栋平,胡更开,宋燕平. 力学进展. 2013(04)
[9]航天器动力学与控制的研究进展与展望[J]. 黄文虎,曹登庆,韩增尧. 力学进展. 2012(04)
[10]空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制[J]. 李东旭,刘望,蒋建平,许睿. 中国科学:技术科学. 2011(05)
本文编号：3574629
【文章来源】：飞控与探测. 2020,3(01)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
类梁式桁架的连续体模型
图1 类梁式桁架的连续体模型郭宏伟等[27]基于Noor提出的等效建模理论，建立了环形天线桁架结构的等效环形梁模型（见图3），获取了等效模型的刚度和质量矩阵，采用有限元方法求解了该等效模型的动力学特性，并与实验结果进行了对比分析与验证。
郭宏伟等[27]基于Noor提出的等效建模理论，建立了环形天线桁架结构的等效环形梁模型（见图3），获取了等效模型的刚度和质量矩阵，采用有限元方法求解了该等效模型的动力学特性，并与实验结果进行了对比分析与验证。Stephen和Zhang[28]采用状态变量传递矩阵法等效出铰接非对称三棱柱类梁式周期桁架结构的连续体参数，并对其进行了拉伸-扭转耦合振动分析。一些学者采用离散的有限单元直接获得桁架结构的等效刚度[29-30]，但该等效方法没有充分利用结构的周期性特点，在对大型复杂结构的分析过程中会导致建模难度大，耗时较长，且不利于参数分析等问题。Nayfeh等[31]和Dow等[32]采用转换矩阵法分别建立了类板式和类梁式桁架结构的连续体模型。Lee[33]根据各构件的刚度和质量矩阵，通过矩阵转换得到等效梁模型的刚度和质量矩阵，研究了平面非对称桁架结构的振动特性，并指出等效梁模型固有频率比原结构偏高这一现象。基于Rayleigh原理分析，其原因在于等效梁模型自由度数降低，相当于约束条件增加导致振动频率偏高；此后，Lee[34]发展了谱元法来构建平面周期性桁架结构的等效梁模型，对比分析了等效结构与原结构的动力学特性。Burgardt和Cartraud[35]将铰接平面桁架结构的位移表示为分段线性函数，采用平均化方法定义等效梁模型的应力和应变参数，并进行了静力学分析。Necib和Sun[36]将平面周期桁架结构等效为高阶Timoshenko梁，采用位移等效方法研究了非对称平面桁架结构的固有振动及瞬态响应特性，该等效方法需预先获知节点力的大小及分布情况，并指定其边界条件。利用离散域方法可以构建桁架结构的连续体模型[37-38]，然而随着结构复杂度和维度的增加，这种方法将变得异常复杂。Dow等[39]采用3阶多项式近似表示结构的位移，生成60个系数用于确定应变-位移关系。Murphey[40]推导了不同形式的铰接桁架结构轴向、弯曲、剪切和扭转刚度的简化通用方程，并研究了结构参数对该通用方程计算精度的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压电纤维复合材料的航天器动力学建模与振动抑制[J]. 孙杰,黄庭轩,朱东方,黄静,孙禄君. 飞控与探测. 2019(03)
[2]基于拉盖尔函数的卫星姿态预测控制方法[J]. 胡庆雷,解静洁,奚勇. 飞控与探测. 2019(01)
[3]大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展[J]. 曹登庆,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陈立群,詹世革. 力学学报. 2019(01)
[4]高温环境下纤维增强复合材料等效参数预测[J]. 陈素芳,谭志勇,姜东,董萼良,费庆国. 振动与冲击. 2018(11)
[5]考虑间隙运动副的桁架单胞等效建模与分析[J]. 张伟,刘宏利,郭翔鹰. 动力学与控制学报. 2018(02)
[6]大型卫星太阳能帆板的分布式振动控制[J]. 王恩美,邬树楠,王晓明,吴志刚. 航空学报. 2018(01)
[7]形状记忆复合材料可展桁架在轨热分析[J]. 卫飞,刘振宇,吴慧英. 热科学与技术. 2016(03)
[8]大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制[J]. 胡海岩,田强,张伟,金栋平,胡更开,宋燕平. 力学进展. 2013(04)
[9]航天器动力学与控制的研究进展与展望[J]. 黄文虎,曹登庆,韩增尧. 力学进展. 2012(04)
[10]空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制[J]. 李东旭,刘望,蒋建平,许睿. 中国科学:技术科学. 2011(05)
本文编号：3574629
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