【摘 要】
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卫星正常在轨运行期间,飞轮、驱动机构等扰动源将振动能量源源不断地传递到星本体及其连接设备中,引起星体抖动和有效载荷的工作性能下降。微振动的研究和抑制已经成为高精度航天设备发展中需要重视的课题。为了研究振动能量在航天器中的传播规律及其抑制方法,本文针对构成复杂航天器的几种典型薄板连接方式,采用波动理论研究了耦合板中的振动传播规律,并且将阻振质量隔振技术应用于连接板的振动抑制中。首先,本文以典型半无限
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卫星正常在轨运行期间,飞轮、驱动机构等扰动源将振动能量源源不断地传递到星本体及其连接设备中,引起星体抖动和有效载荷的工作性能下降。微振动的研究和抑制已经成为高精度航天设备发展中需要重视的课题。为了研究振动能量在航天器中的传播规律及其抑制方法,本文针对构成复杂航天器的几种典型薄板连接方式,采用波动理论研究了耦合板中的振动传播规律,并且将阻振质量隔振技术应用于连接板的振动抑制中。首先,本文以典型半无限长板连接结构为基础,考虑连接节点的刚度和阻尼,采用波动理论建立了连接结构的动力学模型。通过仿真算例,分析了连接结构中振动能量的传递特性和连接节点的刚度、阻尼对振动波传递的影响。研究发现,在结构中弯曲波携带大部分的能量,是造成结构振动的主要波型;耦合结构中高频振动所携带的能量较多的透过连接结构向下游传递;连接节点的刚度较低时存在一个阻抗匹配频率,在该频率处,弯曲波阻抗的幅值与连接刚度阻抗的幅值相匹配,弯曲波传递效率快速下降。其次,针对两个垂直连接的有限长度耦合薄板建立行波动力学模型,模型中将板边界考虑为弹性支撑,两板的连接线也具有一定的刚度和结构阻尼。给定模型具体的初始条件,分析了边界条件、两板之间的连接刚度以及激励类型对板中振动波传递的影响。研究发现,高频振动对边界条件敏感,边界条件的微小差异将引起结构响应发生巨大变化;板结构中多种激励源混合激励时,各激励对板振动位移的贡献量不同,单位力矩和单位力同时作用的情况下,力矩对结构的振动起主导作用。然后,在考虑连接刚度的有限长度耦合板结构中振动传递特性分析的基础上,研究了阻振质量隔振技术在垂直连接板中的应用。分析发现阻振质量的隔振效果有限;改变质量块的布置方式和截面形状能够改善隔振效果,但不是很明显。为了提升隔振效果,将功率流主动控制与阻振质量隔振技术结合并分析了其隔振效果。最后,针对卫星框式结构中振动抑制问题,研究了多级阻振质量隔振以及联合阻尼层的复合隔振方法在其中的应用。研究发现,阻振质量+局部阻尼的复合阻振方式对振动的抑制效果要优于单独阻振质量和整体敷设阻尼的方式。
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