航天器多约束耦合线缆非线性振动行为分析

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1、硕士学位论文航天器多约束耦合线缆非线性振动行为分析ANALYSISOFNONLINEARVIBRATIONBEHAVIOROFTHESPACECRAFTCABLEWITHCOUPLINGCONSTRAINTS刘建梅哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V443O322学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文航天器多约束耦合线缆非线性振动行为分析硕士研究生：刘建梅导师：游斌弟副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：船舶与海洋工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U.D.C:Dissertat

2、ionfortheMasterDegreeinEngineeringANALYSISOFNONLINEARVIBRATIONBEHAVIOROFTHESPACECRAFTCABLEWITHCOUPLINGCONSTRAINTSCandidate：LiuJianmeiSupervisor：AssociateProf.YouBindiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringSchoolofNavalArchitectureandAffiliation：OceanEngineer

3、ingDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要航天器发射过程引发的线缆振动，会导致线缆端部脱离约束或者卡箍被拖拽离开敷设面，会引起电信号干扰甚至线缆扯断，进而影响航天器在轨运行电控性能，因此需要分析敷设线缆的非线性振动行为规律。本文选取航天器内典型约束情况下线缆进行研究，利用弹性力学理论，在惯性坐标系中对线缆微元进行受力分析，进而构建多约束耦合工况下线缆非线性振动模型。然后，利用Galerkin法建立线缆面内、空间振动常微分方程，并

4、采用多尺度法和数值方法对多约束耦合线缆非线性振动模型进行定性与定量分析，研究线缆非线性振动行为规律。结合典型约束情况下线缆模型，提出基本的假设，并对相关参数进行描述，建立张力作用、端部固定线缆的三维振动偏微分方程，并利用Galerkin法进行处理，构建常微分形式的线缆三维振动模型。然后求解线缆面内和面外振动频率，并利用数值仿真方法探讨系统振动频率随其影响因素的具体变化情况。针对张力作用固定端线缆系统三维振动方程，利用坐标平移法，构建相应约束情况下敷设线缆面内非线性振动模型，进而利用多尺度方法求解此模型，并对敷设线缆内共振情况和非共振情况进行分析；针对固定端与卡箍约束的线缆系统，构建面

5、内振动模型，并采用Galerkin法对其进行离散化，利用数值法和有限差分法求出系统面内振动时程响应。通过对张力作用固定端线缆系统的三维振动方程进行约化，建立相应约束情况下敷设线缆空间耦合振动偏微分方程，然后利用Galerkin法对其进行离散化，构建常微分形式的线缆空间耦合振动模型，进一步利用数值仿真法探讨敷设线缆空间耦合振动行为特性；并考虑到线缆通常以螺旋姿态和线缆束形式存在，同时结合线缆微动磨损情况，对多线缆微元相互接触非线性行为进行分析。为验证航天器多约束耦合线缆非线性振动模型及其行为规律数值仿真结果的准确性，对线缆非线性振动行为进行有限元分析，以得出典型约束情况下线缆的振型图、

6、振动频率和非线性振动时程响应。并将有限元分析结果与数值仿真结果相比较，从而验证航天器线缆非线性振动模型的正确性以及非线性振动行为规律的合理性。关键词：航天器线缆；多约束耦合；非线性振动；力学建模；仿真分析-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInordertoavoidtheproblemthatcablesmaybedivorcedfromconstraintsduringspacecraftlaunch,rulesofnonlinearvibrationbehavioroflayingcablesneedtobeanalyzed,sothecommonrestric

7、tionconditionofthecableinsidethespacecraftisselectedtostudy.Basedontheinertialcoordinatesystemofcables,forceonthecableelementisanalyzedwithelasticmechanics,andthenthevibrationmodelofthecablewithcoupledconstraintscanbeobtained.Ordi