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航天器虚拟振动试验模型修正软件开发

许立富  
【摘要】: 现代大型航天器的结构越来越复杂,尺寸越来越大,对其进行地面振动试验变得更加困难,因此,用航天器虚拟振动试验进行仿真具有重要的意义。由于航天器结构的复杂,给有限元建模带来了困难。航天器结构中有多种蜂窝结构、复合材料等,导致有限元模型的参数给定不准确,故急需对航天器虚拟振动试验模型进行修正。目前,大型商用有限元分析软件较多,但并没有专门针对航天器虚拟振动试验模型修正的模块。为此本文基于灵敏度分析的模态参数优化和频响数据优化的方法开发了具有MSC.Patran和MSC.Nastran接口的航天器虚拟振动试验模型修正软件。 结合本文的工程背景需要,研究了两种基于灵敏度分析的有限元模型修正的参数型修正方法:模态参数优化的修正方法和频响数据优化的修正方法。针对航天器模型结构复杂和参数较多的的特点,对复杂模型的参数进行识别分析,通过灵敏度分析筛选出对目标响应影响较大的参数作为优化设计的变量。根据航天器地面振动试验的条件,提出了根据试验频响数据反推载荷的方法,在仿真中即可模拟实际试验中的输入。为了验证优化后的模型的正确性,基于模型的相关性分析方法,以频响的形状相关系数和幅值相关系数判断模型的准确性。 本文对有限元模型修正技术与大型商用有限元分析软件的接口、程序设计以及软件界面实现进行了研究。利用C++语言实现了模型修正软件对Patran、Nastran的接口技术,以数据交互的方式在软件界面中实现了两种模型修正方法的应用,并提供后处理功能。 针对航天器结构中的撑力筒和40吨振动台的有限元模型,基于试验数据,在本文开发的软件中分别使用两种模型修正方法进行了结构有限元模型修正,修正后以不同载荷工况下的试验数据与修正后模型的分析结果进行对比,计算试验数据与优化前后有限元分析结果的相关性,验证修正后的有限元模型的正确性。修正结果表明本文的模型修正方法以及软件具有一定的实用价值。


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