[發明專利]一種大型液體捆綁火箭復雜模態識別方法

有效

• 申請號: 201310534342.7
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103593557B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 吳勝寶;彭小波;申麟;唐慶博;魏明;李勇鵬
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發明涉及一種復雜模態識別方法，尤其涉及一種大型液體捆綁火箭復雜模態識別方法，屬于運載火箭總體領域。

背景技術

較現役及在研的運載火箭，大型液體捆綁火箭的尺寸和重量增大，且捆綁了液體助推器，火箭低頻模態密集、縱橫扭耦合現象嚴重，不僅對火箭結構動力學建模、模態試驗及模型修正技術提出了更高的要求，而且模態交聯的特點也給模態識別及模態質量計算帶來了難題。

現有火箭模態識別主要采用工程方法進行：對于某一階模態，以火箭頂端節點的6個方向位移（3個平動位移和3個轉動位移）中絕對值最大者來確定模態類別，如頂點在Y方向的位移絕對值最大，則此階模態屬于Y方向的橫向振動模態。此種方法并未建立在嚴格的理論推導上，對于具有復雜模態交聯特性的大型液體捆綁火箭，直接應用可能會帶來一定的誤差。

現有工程方法在識別局部模態時，主要是將振型歸一化，并依據模態質量的相對大小確定。對于運載火箭若干階模態質量，模態質量在數量級明顯要比其他大的，就判別為局部模態。此種局部模態的識別方法精度有待提高。

對于局部模態的識別，文獻《Effects?of?local?vibrations?on?the?dynamics?of?space?truss?structures》用最大整體振幅與在同一模態下單個元件振幅的比值識別大型桁架結構的局部模態，較利用模態質量識別局部模態方法精度差；文獻《用模態質量分布識別局部模態》采用模態質量空間分布方法識別大型桁架結構的局部模態，此種方法需要計算出模態質量在空間上的分布，對于復雜系統，其模態質量在三維空間上分布的計算過程將十分繁瑣，同時計算結果顯示不方便，會給模態識別增加困難。文獻《Effects?of?local?vibrations?on?the?dynamics?of?space?truss?structures》和文獻《用模態質量分布識別局部模態》所介紹的方法可以識別局部模態，但是對模態屬于哪個方向的振動判別較難。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種大型液體捆綁火箭復雜模態識別方法，加深了理論基礎，提高了判別精度。

本發明的技術方案是：一種大型液體捆綁火箭復雜模態識別方法，包括如下步驟：

（1）根據運載火箭的梁—質量點有限元模型的動特性分析結果，提取出飛行狀態中某一時刻有限元模型中各個節點的質量特性行陣組成的質量特性矩陣Ms、某階模態下各個節點的振動位移行陣組成的振動位移矩陣Us；

（2）根據Ms、Us計算模態質量分量M_x、M_y、M_z、M_θ，其中M_x、M_y、M_z、M_θ分別表示模態質量在縱向、Y方向橫向、Z方向橫向、扭轉方向的分量；

（3）比較模態質量分量M_x、M_y、M_z、M_θ的相對大小，其中最大值M_e=max（M_x、M_y、M_z、M_θ）代表的振動類型即為此階模態類型；

（4）根據步驟（3）確定的模態類型進行振型歸一化處理，計算出火箭的模態質量M；

（5）模態質量大于第一階模態質量三個或三個以上數量級的模態被判斷為局部模態，即完成了復雜模態識別。

所述步驟（1）中質量特性矩陣Ms為

Ms=[Ms₁?Ms₂?…?Ms_i?…?Ms_n]^T

其中，Ms₁、Ms₂、Ms_i、Ms_n分別為飛行狀態中某一時刻有限元模型中第1、2、i、n個節點的質量特性行陣，n為有限元模型中節點的個數，i∈[1,n]；

第i個節點的質量特性行陣Ms_i為

Ms_i=[m_xi?m_yi?m_zi?J_xi?J_yi?J_zi]