专利名称：基于多舱段航天器混合模态预示方法
技术领域：
本发明涉及一种针对多舱段航天器的基于实物试验数据及理论分析模型的混合模态结果的预示方法。
背景技术：
随着当代大型结构和复杂结构在航天航空和各种大型工程领域的广泛应用，对结构建模技术的要求和难度不断提高。一方面结构的大型化决定了对结构整体进行传统的有限元分析计算效率低下；另一方面结构的复杂性决定了仅凭工程师的经验欲建立一个与实际结构相符的有限元模型实现性较差。目前对于工程中大型复杂结构的有限元模型正确性主要依赖试验数据的验证，并在试验基础上实现有限元模型的修正。
目前结构的动态特性分析中，普遍的做法是将结构进行离散化，建立结构的离散化模型，即将一个无限多自由度的连续系统离散为一个有限自由度的系统，其中常用的为有限元法。该方法将结构离散化后总体结构刚度矩阵和质量矩阵阶次较高，会带来计算量较大，计算精度较低的缺点。子结构方法的广泛应用是复杂结构建模与分析的有效方法，利用动态子结构法“化整为零，结零为整”的思想可以降低计算阶次，简化计算。建立大型复杂结构系统的动力学模型的方法有理论建模、试验建模和混合建模，即米用动态子结构法思想进行建模，即分解_连接-综合的过程。
目前在对系统进行模态分析时对采用的分析过程为分析加试验，先对模型进行理论分析，在产品生产完成之后进行试验辨识，并对理论模型进行修正，这样做的弊端是分析周期较长，模型工作量较大，不能提前预知结果。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种基于多舱段航天器混合模态预示方法，该方法能够在航天器产品之前能够获取可靠的模态数据。
本发明的技术解决方案是基于多舱段航天器混合模态预示方法，步骤如下
(I)将多舱段航天器划分成子结构，每个子结构为一个舱段；
(2)对步骤I中的某一个子结构建立理论模型并进行动特性分析，辨识该子结构的模态，即得到该子结构的频率及振型；
(3)对步骤(2)中的子结构建立试验模型并进行动特性试验分析，得到该子结构的试验模态；
(4)根据步骤(3)中的试验模态数据修正步骤(2)中的理论模型，使得理论模型的模态分析结果频率与试验频率相同，振型趋势相同；
(5)对其它子结构建立理论模型，并根据步骤(4)中的修正结果对理论模型进行修正；
(6)根据实际多舱段航天器的结构，建立舱段间的结合部，将修正后的各子结构的理论模型进行组合，得到多舱段航天器的整体模态分析模型，对整体模态分析模型进行模态分析，预示出多舱段航天器的模态。
本发明与现有技术相比有益效果为本发明通过动态子结构法将复杂模型按子结构进行混合建模，可以提高模型计算的精度。对于大型复杂结构系统，采用动态子结构法进行结果的预示，可以减少试验及分析周期，提高经济效益。
图 I为本发明流程图；图2为本发明实施例舱段整体结构图；图3为图2的子结构一示意图；图4为图2的子结构二示意图；图5为实验线框模型；图6为理论模型上选择的对应点；图7为目标函数收敛图 8为材料泊松比收敛图；图9为两种壳单元厚度收敛图；图10为材料密度收敛图；图11为本发明预示的模态结果与基于nastran整体计算的结果的对比图。具 体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作详细说明，如图I所示，本发明基于多舱段航天器混合模态预示方法，步骤如下
(I)将多舱段航天器划分成子结构，每个子结构为一个舱段；
舱段结构的整体如图2所示，将其从中间一分为二(本例仅为验证模态综合计算模态的有效性，未考虑子结构的划分原则)，每个子结构都以PSHELL单元进行网格划分。其中子结构一(图3)含有780个单元，840个节点，5040个自由度；子结构二(图4)含有840 个单元，920个节点，5400个自由度。
(2)对步骤(I)中的某一个子结构建立理论模型并进行动特性分析，辨识该子结构的模态，即得到该子结构的频率及振型；
本例中对图3所示的子结构一进行理论建模并进行动特性分析，采用nastran理论计算获得该子结构的频率及振型，图6为子结构一理论模型上选择的数据点。
(3)对步骤(2)中的子结构建立试验模型并进行动特性试验分析，得到该子结构的试验模态；
图5为与图6选取数据点对应的试验模型上的测试点。表I给出试验测试的结果与理论计算结果的对比值。
表I试验数据共振频率与理论频率峰值频率的对比
权利要求
1.基于多舱段航天器混合模态预示方法，其特征在于步骤如下 (1)将多舱段航天器划分成子结构，每个子结构为一个舱段； (2)对步骤I中的某一个子结构建立理论模型并进行动特性分析，辨识该子结构的模态，即得到该子结构的频率及振型； (3)对步骤(2)中的子结构建立试验模型并进行动特性试验分析，得到该子结构的试验模态； (4)根据步骤(3)中的试验模态数据修正步骤(2)中的理论模型，使得理论模型的模态分析结果频率与试验频率相同，振型趋势相同； (5)对其它子结构建立理论模型，并根据步骤(4)中的修正结果对理论模型进行修正； (6)根据实际多舱段航天器的结构，建立舱段间的结合部，将修正后的各子结构的理论模型进行组合，得到多舱段航天器的整体模态分析模型，对整体模态分析模型进行模态分析，预示出多舱段航天器的模态。
全文摘要
基于多舱段航天器混合模态预示方法，(1)将多舱段航天器划分成子结构，每个子结构为一个舱段；(2)对步骤1中的某一个子结构建立理论模型并进行动特性分析，辨识该子结构的模态，即得到该子结构的频率及振型；(3)对步骤(2)中的子结构建立试验模型并进行动特性试验分析，得到该子结构的试验模态；(4)根据步骤(3)中的试验模态数据修正步骤(2)中的理论模型，使得理论模型的模态分析结果频率与试验频率相同，振型趋势相同；(5)对其它子结构建立理论模型，并根据步骤(4)中的修正结果对理论模型进行修正；(6)根据实际多舱段航天器的结构，建立舱段间的结合部，将修正后的各子结构的理论模型进行组合，得到多舱段航天器的整体模态分析模型，对整体模态分析模型进行模态分析，预示出多舱段航天器的模态。
文档编号G06F19/00GK102930161SQ20121043103
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者王月, 王悦, 苏玲, 熊艳丽, 吴迪 申请人:中国运载火箭技术研究院