局部非線性結構分析方法及其在航天器結構分析中的應用.pdf

1、合理準確地計算和分析航天器結構的動力學特性，可以為航天器結構及其控制系統(tǒng)提供正確的設計參考依據(jù)，進而可以保證航天器設計的合理性并提高其技術性能。一些現(xiàn)代航天器的結構正變得日益復雜和龐大，這類結構通?？梢砸暈橛扇舾珊唵巫咏Y構通過各種連接結構組合而成。連接結構通常對航天器結構的動力學特性有明顯的影響，它們的存在增加了航天器結構動力學分析的復雜性，特別是當它們包含的非線性因素不可忽略時。在航天器工程中，通常借助于有限元方法來計算分析航天器結構

2、的動力學特性，因而得到的數(shù)學模型通常具有大量的自由度。但是，在這類模型中，與非線性因素相關聯(lián)的自由度數(shù)目通常卻只占整個模型自由度數(shù)目的很小一部分。從航天器結構的分析和設計角度，如果直接將得到的數(shù)學模型按照一般的非線性問題處理并分析，將會增加航天器結構的設計周期和研制成本。因此，本文從局部非線性結構的角度對大型航天器結構動力學問題進行分析與討論。
　　本文首先針對航天器結構中的非線性因素具有局部性和離散性的特點，基于廣義動力縮聚方法

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構瞬態(tài)響應的方法。在結構降階時，將感興趣的自由度、激勵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。通過這種處理不僅可以使該方法適用于求解強非線性問題，而且可以提高計算結果的精度。此外，在利用Newmark方法求解結構瞬態(tài)響應時，為了降低計算量，通過變換將每個時間步的迭代計算量減少至僅與非線性自由度相關。
　　基于描述函數(shù)和頻響函數(shù)提出了一種求解

4、大型局部非線性結構簡諧激勵響應的方法。利用該方法分別研究了簡諧激勵下局部非線性結構的基礎諧波響應和多諧波響應。該方法首先結合描述函數(shù)將結構動力學常微分方程轉(zhuǎn)化為非線性復代數(shù)方程組，然后采用頻響函數(shù)將代數(shù)方程組的迭代計算量減小到只與非線性自由度相關。因此，該方法可以適用于分析大型局部非線性結構。此外，該方法還可以用于分析簡諧激勵下局部非線性結構的穩(wěn)態(tài)響應。在計算頻響函數(shù)時，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、的結合起來。
　　討論了現(xiàn)有組合結構分析方法的優(yōu)缺點。基于描述函數(shù)提出了一種非線性組合結構分析方法，用于分析含有復雜非線性連接子結構的情形。文中分別討論了基礎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函數(shù)耦合方法擴展并推廣，從而得到組合結構的擬線性頻響函數(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