[發明專利]一種衛星星架系統動力學響應分析方法和系統

有效

• 申請號: 201810169193.1
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108446457B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 馬健;王成倫;劉鳳晶;王杰利;陳卓一;余快;蘇浩
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種衛星星架系統動力學響應分析方法，其特征在于，包括：

步驟1，對支架進行有限元建模，根據建模結果對支架進行模態分析，并在支架模態分析結果滿足設計需求時，執行步驟2；

步驟2，對星架耦合系統進行模態分析，得到星架耦合系統的頻率，并在星架耦合系統的頻率滿足設定頻率時，執行步驟3；

步驟3，對衛星進行模態分析，得到星架耦合體特征點處的加速度響應值；

步驟4，根據星架耦合體特征點處的加速度響應值確定支架安裝處的加速度響應值，并計算得到支架安裝處的拉拔力；

步驟5，判斷計算得到的支架安裝處的拉拔力是否滿足埋件拉拔力；若計算得到的支架安裝處的拉拔力小于所述埋件拉拔力，則返回執行步驟1，直至設計滿足要求；

所述步驟1，具體包括：

對支架進行有限元建模，賦予材料屬性，邊界約束為固支，得到支架在物理坐標系統中的運動微分方程為：

其中，[M]表示系統質量矩陣，[K]表示剛度矩陣，{u}表示系統的位移響應向量，{f(t)}表示系統的激勵力向量；

令{f(t)}＝{0}，對式(1)求解，得到：

其中，表示第i階模態對應的振型特征向量，w_i表示第i階模態的固有頻率，t表示時間；

根據式(2)求解得到w_i；

若w_i不小于設定頻率閾值，則確定支架模態分析結果滿足設計需求，執行步驟2；

若w_i小于設定頻率閾值，則對支架重新設計；

所述步驟2，具體包括：

對星架耦合系統進行模態分析，得到星架耦合系統的頻率；

若星架耦合系統的頻率不小于設定頻率，則確定星架耦合系統的頻率滿足設定頻率，執行步驟3；

若星架耦合系統的頻率小于設定頻率，則對星架耦合系統重新設計；

通過如下步驟對星架耦合系統重新設計：

在維持原支架接口設計不變的情況下，降低支架高度，以提高系統頻率；

將星架耦合系統簡化為單自由度彈簧模型，采用理論分析方法得到星架耦合系統頻率，再對滿足要求的模型進行數值計算復核，直到滿足要求，以節省重復建模時間。

2.根據權利要求1所述的衛星星架系統動力學響應分析方法，其特征在于，所述頻率閾值為：100Hz。

3.根據權利要求1所述的衛星星架系統動力學響應分析方法，其特征在于，所述設定頻率為：40Hz。

4.根據權利要求1所述的衛星星架系統動力學響應分析方法，其特征在于，所述單自由度彈簧模型為：

其中，f表示頻率，k表示勁度系數，m表示質量；

根據式(3)確定更改支架高度前后組合體頻率比為：

其中，h表示組合體質心高度，下標“1”表示支架高度更改前的狀態，下標“2”表示支架高度更改后的狀態。

5.一種衛星星架系統動力學響應分析系統，其特征在于，包括：

第一分析模塊，用于對支架進行有限元建模，根據建模結果對支架進行模態分析，并在支架模態分析結果滿足設計需求時，執行第二分析模塊；

第二分析模塊，用于對星架耦合系統進行模態分析，得到星架耦合系統的頻率，并在星架耦合系統的頻率滿足設定頻率時，執行第三分析模塊；

第三分析模塊，用于對衛星進行模態分析，得到星架耦合體特征點處的加速度響應值；

第四分析模塊，用于根據星架耦合體特征點處的加速度響應值確定支架安裝處的加速度響應值，并計算得到支架安裝處的拉拔力；

第五分析模塊，用于判斷計算得到的支架安裝處的拉拔力是否滿足埋件拉拔力；若計算得到的支架安裝處的拉拔力小于所述埋件拉拔力，則返回執行第一分析模塊，直至設計滿足要求；

第一分析模塊，具體用于：

對支架進行有限元建模，賦予材料屬性，邊界約束為固支，得到支架在物理坐標系統中的運動微分方程為：

其中，[M]表示系統質量矩陣，[K]表示剛度矩陣，{u}表示系統的位移響應向量，{f(t)}表示系統的激勵力向量；

令{f(t)}＝{0}，對式(1)求解，得到：

其中，表示第i階模態對應的振型特征向量，w_i表示第i階模態的固有頻率，t表示時間；

根據式(2)求解得到w_i；

若w_i不小于設定頻率閾值，則確定支架模態分析結果滿足設計需求，執行步驟2；

若w_i小于設定頻率閾值，則對支架重新設計；

第二分析模塊，具體用于：

對星架耦合系統進行模態分析，得到星架耦合系統的頻率；

若星架耦合系統的頻率不小于設定頻率，則確定星架耦合系統的頻率滿足設定頻率，執行步驟3；

若星架耦合系統的頻率小于設定頻率，則對星架耦合系統重新設計；

通過如下步驟對星架耦合系統重新設計：

在維持原支架接口設計不變的情況下，降低支架高度，以提高系統頻率；

將星架耦合系統簡化為單自由度彈簧模型，采用理論分析方法得到星架耦合系統頻率，再對滿足要求的模型進行數值計算復核，直到滿足要求，以節省重復建模時間。