含柔性非线性铰链多板结构的非线性振动

【作者】 何贵勤； 曹登庆； 黄文虎； 李友遐；

【机构】 哈尔滨工业大学航天学院； 中国空间技术研究院；

【摘要】 现代航天器通常都安装有太阳能帆板为航天器日常工作提供所需要的能量,由于发射与运输装置的限制,航天器太阳能帆板通常被设计成多板铰接的可折叠形式。针对太阳能帆板此类复杂组合结构提出了一种非线性铰链连接的多板结构动力学建模方法。对于由柔性翼板和非线性铰链组成的复杂系统,利用Gram-Schmidt方法构造一组特征正交多项式作为帆板的模态函数,引入拉格朗日乘子描述柔性铰链处的约束。采用扩展的瑞利-里兹方法求解出系统的解析全局模态,并将其表示为空间坐标的显函数。将有限元方法计算结果作为参考值与理论结果进行比较,验证该方法的有效性。根据铰链的非线性传递力矩公式,利用翼板与铰链之间的平衡条件,将相关非线性因素引入到系统中。利用哈密顿原理和解析的全局模态离散得到含非线性铰链多板结构的显式非线性常微分方程,再通过对原动力学模型进行伽辽金截断得到低维高精度的非线性模型,研究系统在不同模态数下的动态响应变化。结果表明,对于具有一定外部激励振幅范围的复杂多板结构,只需采用前两阶全局模态即可满足非线性振动分析的精度。最后,采用多尺度方法分析了铰链连接多板结构系统的非线性响应和产生亚谐共振的条件,计算不同铰链参数下系统的动态响应,给出了铰链参数对整个结构的动态特性的影响规律。更多还原