航天结构阻尼建模方法研究

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1、中图分类号：O327,TB123论文编号：102870118-S040学科分类号：080104硕士学位论文航天结构阻尼建模方法研究研究生姓名张灿飞学科、专业工程力学研究方向结构动力学仿真指导教师陈怀海教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonDampingModelingMethodofAstronauticStructuresAThesisinEngineeringMechan

2、icsbyZhangCanfeiAdvisedbyProf.ChenHuaihaiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

3、印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文对某典型航天结构进行了动力学分析，在关注结构连接常规有限元建模问题的同时重点研究了螺栓连接阻尼效应建模。采用薄层单元模拟航天支架结构螺栓连接，以实测频响为设计目标对结构的阻尼进行调节建模。研究结果表明提出的阻尼建模方法对工程应用具有参考价值。完成的主要工作如下：(1)讨论了粘性阻尼、迟滞阻尼和等效粘性阻尼理论在有限元建模中的应用。研究了比例阻尼或非比例阻尼的振动响应问题。分析了有关建模精度以及有限元中阻尼矩阵组装和阻尼叠加效应问题。(2)设计并完成了航天支架结构的

4、振动试验。采用振动台施加基础激励，测得台面和支架的加速度响应信号，进而得到加速度传递率函数并以此作为支架结构模态参数识别依据。基于模态参数识别方法得到了该航天支架结构的振动频率和阻尼比等参数，为后续阻尼建模提供实测数据基础。(3)分析了航天结构连接件几种常见的阻尼建模方法，重点研究了薄层单元建模方法。讨论了薄层单元建模原理以及薄层单元有关参数对结构建模的影响，最后给出了在Nastran中的具体应用方法。(4)采用研究的薄层单元法对航天支架结构进行了有限元建模计算。使用Hypermesh和Patran对该支架进行了网格划分，通过Nastran的优化和灵敏度分析完成了有限元模型的刚度修正，在此

5、基础上分别用两种方法进行了阻尼效应建模。结果显示仿真与试验的固有频率误差在5%以内，各频段响应的均方根植精度在3dB，满足工程精度要求。论文最后完成了一个典型航天舱段设备的有限元建模验证。关键词：航天结构，阻尼建模，振动试验，薄层单元，支架I航天结构阻尼建模方法研究ABSTRACTThedynamicanalysisofatypicalastronauticstructureiscarriedoutinthispaper.Focusingontheproblemofstructuraljointsmodeling,themodelingofboltingdampingeffectisma

6、inlystudied.Thethinlayerelementisusedtosimulatetheboltingofthebracketstructure,andthedampingofthestructureismodeledwiththemeasuredfrequencyresponseasthedesignobjective.Theresultshowsthattheproposeddampingmodelingmethodhasareferencevalueforengineeringapplication.Themainworksinthispaperasfollows:(1)

7、Theapplicationofviscousdampingtheory,hystereticdampingtheoryandequivalentviscousdampingtheoryinfiniteelementmodelingisdiscussed.Thevibrationresponsewithproportionaldampingornon-proportionaldampingisstudied.Andthe