论分布式陀螺柔性体结构的动力学建模问题

发布时间：2021-11-06 13:37

　　针对含分布式控制力矩陀螺的柔性体结构动力学建模问题,研究了结构和陀螺之间相互耦合对结构固有振动的影响。通过基于有限元离散的建模思路,获得了含分布式控制力矩陀螺的结构动力学模型。对比模态叠加方法,提出原柔性体模态的概念。结果表明,分布控制力矩陀螺对结构固有振动产生了本质的影响。基于原柔性体结构前几阶模态的模态叠加法,由于没有计入结构和陀螺之间的耦合效应,所得到结构动力学降阶模型具有较大误差。 

【文章来源】：振动工程学报. 2020,33(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

陀螺柔性体结构模态

对比图5和7可以发现，不同构型的陀螺耦合效应对结构固有特性影响不同。例如，Y向构型的陀螺耦合效应对结构原始1阶、3阶和5阶固有振动没有影响；Z向构型的陀螺耦合效应对结构原始2阶和4阶固有振动没有影响。通常，陀螺耦合效应使结构固有频率降低，特殊情况下局部频率上升，因此可以通过合理的配置使结构达到期望的动力学特性。同样地，给定转子角动量15N·m·s，使用原柔性体模态叠加法，计算前4阶Y和Z向构型陀螺柔性梁固有频率，结果如表3和4所示。可见，计算误差在5%以下所需原柔性体模态阶数分别为37阶和48阶。实际应用中，模态叠加使用的模态阶数一般不会超过10阶，若所选模态序列为结构真实模态序列，选取前几阶即可准确描述相应的模态振动；若选取的模态序列为原柔性体模态，为得到足够的精度，所需模态阶数取决于耦合效应对结构固有特性的影响。若耦合效应对结构固有特性改变较小，较少阶原柔性体模态叠加可以达到较高的精度，若耦合效应对结构真实模态改变较大，原柔性体模态叠加会造成很大的误差。

同样地，给定转子角动量15N·m·s，使用原柔性体模态叠加法，计算前4阶Y和Z向构型陀螺柔性梁固有频率，结果如表3和4所示。可见，计算误差在5%以下所需原柔性体模态阶数分别为37阶和48阶。实际应用中，模态叠加使用的模态阶数一般不会超过10阶，若所选模态序列为结构真实模态序列，选取前几阶即可准确描述相应的模态振动；若选取的模态序列为原柔性体模态，为得到足够的精度，所需模态阶数取决于耦合效应对结构固有特性的影响。若耦合效应对结构固有特性改变较小，较少阶原柔性体模态叠加可以达到较高的精度，若耦合效应对结构真实模态改变较大，原柔性体模态叠加会造成很大的误差。4 结论

【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性航天器IPACS建模与动力学分析[J]. 张军,徐世杰.  北京航空航天大学学报. 2006(04)



本文编号：3479933