基于振動環(huán)境試驗數(shù)據的結構模態(tài)參數(shù)識別.pdf

1、衛(wèi)星和飛船整體及艙段結構的力學試驗分為動力特性分析試驗和力學環(huán)境模擬試驗兩類。實驗模態(tài)分析及參數(shù)辨識是衛(wèi)星結構動力特性研究、響應分析、模型修正等方面的主要手段；衛(wèi)星結構動力學環(huán)境模擬的考核試驗大致分為下述四種：振動試驗、沖擊試驗、噪聲試驗和靜力試驗，分別模擬發(fā)射的主動段時星箭耦合界面的隨機振動環(huán)境、火工品爆炸沖擊、整流罩氣動噪聲激勵以及穩(wěn)態(tài)飛行時的加速度環(huán)境。其中，隨機振動、爆炸沖擊和低頻噪聲激勵等動力學環(huán)境的模擬試驗一般由振動臺試驗來

2、完成。上述振動臺試驗和模態(tài)分析兩類試驗從力學原理、分析手段、測試儀器、數(shù)據處理等都有著一致的實驗過程和相似的技術要求。然而，由于實驗目的的不同和一些具體技術的阻隔，這兩類試驗一直是各自獨立、平行發(fā)展的技術環(huán)節(jié)，沒有得到應有的融合和集成。90年代以來，國際上關于力限控制的振動臺試驗技術已臻于成熟，不但為降低試驗過程中的過載荷、更加真實地模擬主動段動力學環(huán)境奠定了基礎，而且為利用振動臺試驗數(shù)據進行結構模態(tài)分析與參數(shù)辨識提供了理論背景和可行性

3、保障。本文深入研究了振動臺力控振動理論和技術，并在此基礎上，提出了航天器(衛(wèi)星和飛船)振動環(huán)境試驗數(shù)據進行結構模態(tài)參數(shù)識別的理論公式和試驗方法。 首先，本文建立了由振動臺和被測結構組成的力學模型，突破了以往利用基礎激勵進行分析的研究模式，得到了被測結構的各測點響應和振動臺臺面響應之間存在的只與被測結構動力學特性相關的傳遞關系。將響應之間的傳遞關系作為系統(tǒng)頻率響應函數(shù)的加權表達式，從而使得振動環(huán)境試驗數(shù)據能夠進行模態(tài)分析，完成了固

4、有頻率、振型和模態(tài)阻尼比等模態(tài)參數(shù)的辨識。其次，與以往的相關研究相比，本文首次將力控數(shù)據應用到模態(tài)參數(shù)識別。當?shù)玫奖粶y結構與振動臺臺面之間界面力的測量值時，響應之間的傳遞關系則可以作為系統(tǒng)頻響函數(shù)的等效表達式，進而辨識出完備的模態(tài)參數(shù)。對于以上結論，本文提供了仿真算例和相關試驗，驗證了理論的準確性和技術的可行性。此外，由于本文主要利用了力控試驗數(shù)據進行處理，因此對力控技術以及該技術要解決的過試驗現(xiàn)象也進行了理論分析和試驗驗證。最后，對于