航天器典型结构中高频动力学环境预示的能量有限元方法

发布时间：2017-07-31 11:00

  本文关键词：航天器典型结构中高频动力学环境预示的能量有限元方法

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【摘要】：结构的振动环境预示问题一直是工程上非常关注的一个问题,近年来人们对环境预示的要求已经不仅仅是只关注低频域的结构振动问题,而是涉及到中高频域的声振耦合问题,因此对目前的动力学环境预示方法提出了更高的要求。在传统的振动预示方面,有限元方法(FEM)占据着十分重要的地位,但是作为基于单元离散的确定性方法,其不可避免的存在着在高频域计算量过大的问题,此外,FEM在高频时对结构几何、物理等存在不确定性的参数的变化较为敏感,这也限制了有限元方法在中高频域的应用。目前,对于中高频的振动环境预示问题,尤其是声振耦合问题,用的最多的是基于统计平均的能量类方法,如统计能量分析(SEA)。统计能量分析将每个子系统的振动进行统计平均,改善了确定性方法在高频时计算量过大以及不确定性的影响,但是带来的直接问题是无法精确预示每个子系统某个局部的响应,此外,SEA对子系统的模态密度有严格要求,这都限制了SEA方法在实际工程中的应用,因此,较为理想的方法是那种既能克服确定性方法缺点又兼具SEA方法优点的方法。而能量有限元分析(EFEA)方法就是具有这种特点的一种方法。本文主要通过对EFEA方法的研究,希望能将EFEA方法运用到实际复杂的工程问题中去。为此,在本课题中首先研究了EFEA方法的基本理论,然后对MSC.NASTRAN中的EFEA模块建模方法及仿真分析方法进行了研究,并完成了二次开发工作。结合工程中一个较为复杂的实际问题,本文采用了EFEA与SEA两种方法进行了振动环境的预示,并据此进行了对比分析,对EFEA方法在工程实际中的应用做出了简单的评估。由于目前采用EFEA方法进行实际工程分析的例子较为罕见,而本文利用EFEA方法完成了对复杂结构振动环境预示的工作,这对于EFEA方法在实际工程中的应用是一个十分有意义的尝试。
【关键词】：能量有限元分析 动力学环境预示 能量流 统计能量
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章绪论8-20
• 1.1 课题的来源8
• 1.2 课题研究的背景及意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-18
• 1.3.1 确定性分析方法的改进10-12
• 1.3.2 能量类方法12-15
• 1.3.3 混合法15-16
• 1.3.4 小结16-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第2章能量有限元方法的基本原理20-30
• 2.1 引言20-21
• 2.2 能量有限元(EFEA)基本理论21-26
• 2.2.1 杆的能量密度平衡方程21-22
• 2.2.2 梁的能量密度平衡方程22-24
• 2.2.3 板的能量密度平衡方程24-26
• 2.3 蜂窝夹层板结构的等效理论26-29
• 2.3.1 Reissner等刚度理论26-27
• 2.3.2 Hoff理论27-28
• 2.3.3 蜂窝板理论28
• 2.3.4 三明治夹芯理论28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章EFEA模块二次开发及理论验证30-54
• 3.1 引言30-31
• 3.2 NASTRAN的EFEA模块简介31-34
• 3.2.1 分析步骤31-33
• 3.2.2 模块典型特点归纳33-34
• 3.3 模块二次开发及完善34-40
• 3.3.1 施加载荷及可视化34-36
• 3.3.2 特征长度定义36
• 3.3.3 生成结构连接36-37
• 3.3.4 结果输出37-38
• 3.3.5 EFEA中的参数及解决方案38-40
• 3.4 理论验证40-53
• 3.4.1 模型 141-47
• 3.4.1.1 各向同性材料建模及仿真分析41-45
• 3.4.1.2 复合材料建模及仿真分析45-47
• 3.4.2 模型 247-53
• 3.4.2.1 建模及仿真47-52
• 3.4.2.2 结果分析52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章双星整流罩建模及动力学环境预示54-67
• 4.1 双星整流罩建模54-62
• 4.1.1 双星整流罩的EFEA方法建模54-56
• 4.1.2 双星整流罩的SEA建模56-57
• 4.1.3 材料属性定义57-60
• 4.1.4 载荷模型60-61
• 4.1.5 阻尼损耗因子61-62
• 4.2 仿真分析62-66
• 4.2.1 声场的声压级62-64
• 4.2.2 结构的均方根加速度64-65
• 4.2.3 结果及误差分析65-66
• 4.3 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读学士期间发表的学术论文及其它成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

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1 张玉梅;韩增尧;邹元杰;;随机振动环境下航天器结构强度设计方法综述[J];力学进展;2012年04期

2 马兴瑞;于登云;韩增尧;邹元杰;;星箭力学环境分析与试验技术研究进展[J];宇航学报;2006年03期

3 马兴瑞;韩增尧;邹元杰;丁继锋;;航天器力学环境分析与条件设计研究进展[J];宇航学报;2012年01期

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本文编号：598787