[发明专利]星载柔性附件热致微振动响应仿真分析平台

摘要

本发明涉及星载柔性附件热致微振动响应仿真分析平台，属于高精度航天器设计及动力学仿真与控制技术领域,包括数据输入建模模块、在轨热分析模块、等效热荷载导算模块、高精度模态分析模块、高精度振动响应分析模块、后处理模块，各个模块顺次相连，前一模块的输出作为下一个模块的输入；该分析平台开展工程实用化的星载大型柔性附件热振动的分析仿真研究及相应计算软件的研发，达到了快捷、高效获取大型柔性构件热致微振动及其与星体耦合振动响应的目的；同时，分析仿真平台可推动星载大型柔性构件热变形和热致微振动仿真分析技术的工程应用和考核验证，并带动相关支撑技术研究进展，为后继新型卫星型号研制积累技术基础。

主权项

1.星载柔性附件热致微振动响应仿真分析平台，其特征在于：包括数据输入建模模块、在轨热分析模块、等效热荷载导算模块、高精度模态分析模块、高精度振动响应分析模块、后处理模块，各个模块顺次相连，前一模块的输出作为下一个模块的输入；(1)数据输入建模模块，利用交互方式结合自动转换方式建立航天器中心刚体‑柔性附件耦合系统的有限元模型以及在轨热分析模型；(2)在轨热分析模块，利用建立的航天器中心刚体‑柔性附件耦合系统在轨热分析模型，进行航天器柔性附件的在轨热分析，得到柔性附件上的瞬态温度场；(3)等效热荷载导算模块，利用建立的航天器中心刚体‑柔性附件耦合系统的有限元模型，将柔性附件上瞬态温度场的热荷载等效为柔性附件上的节点荷载；(4)高精度模态分析模块，采用迭代WYD‑Ritz向量直接迭加法进行航天器中心刚体‑柔性附件耦合系统的模态分析，获得耦合系统的周期及振型，即求解广义特征值问题KΦ＝λMΦ，其中，K和M分别为刚度矩阵和质量矩阵，λ为特征值，Φ为特征向量；(5)高精度振动分析响应模块，基于Duhamel积分的解析解和振型叠加法进行中心刚体‑柔性附件耦合系统的高精度振动响应分析，获得柔性附件的时程响应结果；所述的高精度振动分析响应模块，首先采用振型叠加法对系统动力方程进行解耦，得到一组非耦合的二阶常微分方程；用模态解耦之后，进行求解方程：上式的解可以由Duhamel积分得到：其中a(t),b(t),h(t)分别为下述3个问题的解：解的具体形式依赖于阻尼比ξ的大小；按阻尼比的大小可分为三种情况：ξ<1为亚阻尼，ξ＝1为临界阻尼，ξ>1为过阻尼；为分段线性或折线形式的荷载函数；为了积分方便，还引入一个与速度有关的变量：在亚阻尼情形下，令则方程的解由下面两式给出：其中：对于临界阻尼ξ＝1的情形，方程的解为：其中w₁＝‑a₄+a₁w₂＝‑a₇‑a₅+a₂w₃＝‑a₉‑2a₈‑2a₆+2a₃；对于过阻尼ξ＞1的情形，方程的解为：其中在获得时程响应的模态坐标解之后，利用振型叠加可得到系统原动力学方程的解；(6)后处理模块：提取并显示、输出柔性附件各节点的温度变化曲线、等效荷载变化曲线、时程响应曲线计算结果。