振动环境是卫星设备结构设计时必须考虑的重要载荷,同时卫星设备的地面振动试验是考核卫星是否能经受住发射阶段的恶劣动力学环境的关键试验项目,而正交模态耦合现象的存在将导致卫星设备结构的振动响应异常放大,严重时会造成设备破坏。为此,本文对正交模态耦合现象进行了深入研究,以加深对正交模态耦合现象的认知,从而避免该现象对结构造成不利影响,主要研究内容及成果如下:(1)为了研究正交模态耦合现象的影响因素和变化规律,设计了两组共十一个振动试验模型,进行了振动试验。根据试验模型的振动响应试验结果,发现正交模态耦合现象的发生与振动激励形式、结构形式、材料无关,但是与结构的截面对称性、振动方向有关,当模型的振动方向和正交方向具有相同的模态频率时,模型才会发生正交模态耦合。(2)对振动试验模型进行了模态和振动响应仿真分析,通过归纳振动试验结果,并与仿真分析结果进行比较,发现受正交模态耦合影响的结构,其在振动试验中的加速度响应存在正交耦合和异常放大的特点,并得出了截面对称性和振动方向影响正交模态耦合现象的具体规律。(3)为了分析正交模态耦合现象的发生机理,根据发生正交模态耦合现象时模型振动响应的特点,进行了科氏效应下模型动力学方程的推导和稳态响应的求解。模型沿振动方向和正交方向的稳态响应表达式显示了模型的两个正交模态会在振动过程中相互激励,从而解释了正交模态耦合现象的机理和响应异常放大的原因。(4)根据正交模态耦合现象的试验研究和理论分析结果,提出了避免和减弱正交模态耦合现象的优化设计建议。针对工作环境下振动载荷方向已知的结构,设计时需要根据结构实际模态调整结构的受振动载荷作用方向,从而减小或避免结构的正交模态耦合;对于振动载荷方向不可确定的工作环境,应该将结构设计成非对称结构,以避免正交模态耦合现象的发生。