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基于虚拟激励法的火箭仪器舱随机振动研究

李璐  
【摘要】:运载火箭在飞行中通常受到来自发动机推进系统以及湍流场的随机激励。随着航空航天技术的飞速发展,运载火箭在随机激励作用下的随机响应分析越来越受到人们的关注。由于传统的随机振动分析方法计算效率的限制,对运载火箭进行精细的随机动力学仿真十分困难。本文基于虚拟激励算法的基本原理,分别借助商用有限元软件ANSYS和ABAQUS的谐响应分析模块,实现了大型复杂结构随机振动响应分析的虚拟激励算法,并将其应用于运载火箭仪器舱在一致平稳随机加速度激励下的响应分析之中。具体工作包含以下三个方面: 首先,介绍了求解随机振动问题传统CQC方法和复数域平稳随机振动分析的虚拟激励法。推导了一致平稳地面加速度随机激励下结构响应的虚拟激励法计算形式,这种形式可以借助ANSYS、ABAQUS等通用有限元软件谐响应分析模块直接实现。 其次,以输电塔受到一致地面平稳随机加速度激励为例,借助有限元软件ANSYS谐响应分析模块,实现了结构随机振动的虚拟激励分析。并与使用有限元软件ABAQUS的PSD分析模块计算得到的结果以及使用复数域平稳随机振动虚拟激励法计算得到的结果进行了比较,验证了该方法的有效性。 最后,将前面两部分的研究成果应用于模拟火箭仪器舱振动台数值仿真之中。根据实数域虚拟激励法原理,通过有限元软件ABAQUS谐响应分析模块计算得到了火箭仪器舱在一致平稳基础加速度随机激励下的加速度响应功率谱。并与使用有限元软件ABAQUS的PSD分析模块计算得到的结果进行了比较。结果验证了借助有限元软件谐响应分析模块实现虚拟激励法对复杂结构进行随机振动分析是有效的。


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