局部非線性結(jié)構(gòu)分析方法及其在航天器結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用.pdf

1、合理準(zhǔn)確地計(jì)算和分析航天器結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，可以為航天器結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)提供正確的設(shè)計(jì)參考依據(jù)，進(jìn)而可以保證航天器設(shè)計(jì)的合理性并提高其技術(shù)性能。一些現(xiàn)代航天器的結(jié)構(gòu)正變得日益復(fù)雜和龐大，這類結(jié)構(gòu)通?？梢砸暈橛扇舾珊?jiǎn)單子結(jié)構(gòu)通過(guò)各種連接結(jié)構(gòu)組合而成。連接結(jié)構(gòu)通常對(duì)航天器結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性有明顯的影響，它們的存在增加了航天器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的復(fù)雜性，特別是當(dāng)它們包含的非線性因素不可忽略時(shí)。在航天器工程中，通常借助于有限元方法來(lái)計(jì)算分析航天器結(jié)構(gòu)

2、的動(dòng)力學(xué)特性，因而得到的數(shù)學(xué)模型通常具有大量的自由度。但是，在這類模型中，與非線性因素相關(guān)聯(lián)的自由度數(shù)目通常卻只占整個(gè)模型自由度數(shù)目的很小一部分。從航天器結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)角度，如果直接將得到的數(shù)學(xué)模型按照一般的非線性問(wèn)題處理并分析，將會(huì)增加航天器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期和研制成本。因此，本文從局部非線性結(jié)構(gòu)的角度對(duì)大型航天器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行分析與討論。
　　本文首先針對(duì)航天器結(jié)構(gòu)中的非線性因素具有局部性和離散性的特點(diǎn)，基于廣義動(dòng)力縮聚方法

3、和直接積分方法中的Newmark方法提出了一種求解大型局部非線性結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)的方法。在結(jié)構(gòu)降階時(shí)，將感興趣的自由度、激勵(lì)自由度和非線性自由度保留在物理空間，而將剩余自由度轉(zhuǎn)換至模態(tài)空間。通過(guò)這種處理不僅可以使該方法適用于求解強(qiáng)非線性問(wèn)題，而且可以提高計(jì)算結(jié)果的精度。此外，在利用Newmark方法求解結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，為了降低計(jì)算量，通過(guò)變換將每個(gè)時(shí)間步的迭代計(jì)算量減少至僅與非線性自由度相關(guān)。
　　基于描述函數(shù)和頻響函數(shù)提出了一種求解

4、大型局部非線性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)諧激勵(lì)響應(yīng)的方法。利用該方法分別研究了簡(jiǎn)諧激勵(lì)下局部非線性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)諧波響應(yīng)和多諧波響應(yīng)。該方法首先結(jié)合描述函數(shù)將結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)常微分方程轉(zhuǎn)化為非線性復(fù)代數(shù)方程組，然后采用頻響函數(shù)將代數(shù)方程組的迭代計(jì)算量減小到只與非線性自由度相關(guān)。因此，該方法可以適用于分析大型局部非線性結(jié)構(gòu)。此外，該方法還可以用于分析簡(jiǎn)諧激勵(lì)下局部非線性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。在計(jì)算頻響函數(shù)時(shí)，由于采用了線性模態(tài)疊加方法，所以該方法可以與現(xiàn)有商業(yè)有限元軟件有效

5、的結(jié)合起來(lái)。
　　討論了現(xiàn)有組合結(jié)構(gòu)分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)?；诿枋龊瘮?shù)提出了一種非線性組合結(jié)構(gòu)分析方法，用于分析含有復(fù)雜非線性連接子結(jié)構(gòu)的情形。文中分別討論了基礎(chǔ)諧波和多諧波情形下的擬線性頻響函數(shù)耦合方法。在該方法中，首先利用描述函數(shù)將非線性連接擬線性化，得到非線性連接的擬線性阻抗方程，然后將一種線性頻率響應(yīng)函數(shù)耦合方法擴(kuò)展并推廣，從而得到組合結(jié)構(gòu)的擬線性頻響函數(shù)方程。與現(xiàn)有的頻域綜合方法相比，該方法更具有一般性。
　　論文最后