柔性周期結構的振動特性及其控制研究

中文摘要

在軌運行的大型航天桁架結構是典型的柔性周期結構，它的非線性振動是影響桁架的指向穩定性和形狀精度的主要因素。本項目以此為背景，開展柔性周期結構的非線性振動及其控制研究。目前，周期結構的振動能帶特性研究還主要採用線性理論，尚未涉及航天柔性桁架結構等非線性對象。本項目的基本任務是將能帶理論引入柔性航天桁架結構的動力學模型中，研究柔性周期結構的非線性振動能帶特性，包括禁帶特性、空間局域特性，及其隨幾何非線性、剛度非線性與阻尼非線性等因素的變化規律；研究非線性振動的禁帶、空間局域等特性對桁架結構方位與形狀的影響機制與規律。以此為基礎建立柔性周期結構的非線性振動控制模型，以位形控制為目標探索控制策略與方法、感測器與作動器的空間布置方式，討論控制的增益、溢出、穩定性等問題。最後製備典型柔性航天桁架的縮比模型開展實驗驗證研究。本項目研究結論將為柔性航天桁架結構的研製與套用提供新的參考思路。

結題摘要

在軌運行的大型航天桁架結構是典型的柔性周期結構，它的非線性振動是影響桁架的指向穩定性和形狀精度的主要因素。本項目以此為背景，開展柔性周期結構的非線性振動及其控制研究，將能帶理論引入柔性航天桁架結構的動力學模型中，研究柔性周期結構的非線性振動能帶特性，包括禁帶特性、空間局域特性；研究非線性振動的禁帶、空間局域等特性對桁架結構方位與形狀的影響機制與規律。以此為基礎建立柔性周期結構的非線性振動控制模型，以位形控制為目標探索控制策略與方法、感測器與作動器的空間布置方式，討論控制的增益、溢出、穩定性等問題。最後製備典型柔性航天桁架的縮比模型開展實驗驗證研究。本項目研究結論將為柔性航天桁架結構的研製與套用提供新的參考思路。項目主要研究成果 (1)對柔性周期結構的梁桿類單元結構進行周期拓展，在其中進行了局域化的諧振子及諧振子的空間分布形式研究。結果表明，恰當的局域諧振子的設計及其空間分布形式，能夠使得諧振子的能帶特性與原有桁架周期結構的能帶特性產生動力學耦合，在拓展帶隙、抑制較寬頻帶和較低頻率範圍內的振動具有良好的效益。 (2)通過比較和分析三角形、四邊形、六邊形、內凹六邊形等典型原胞的拓撲結構形式的帶隙特性和衰減特性，證實了內凹六邊形屬於負泊松比結構，由內凹六邊原胞拓展而成的周期結構具有帶隙寬、頻率低的特性，綜合性能較好。 (3) 提出一維壓電分流陣列結構的精確積分模型；提出了新的二維壓電分流陣列結構帶隙計算方法，包括數值法求解超越特徵值問題或波場變換實現特徵值問題線性化；完成了二維壓電分流陣列結構傳播常數的求解。 (4)深入地研究了壓電分流陣列結構的帶隙特性和帶隙形成機理，包括電阻電路、諧振電路和負電容電路三種不同類型分流電路形成帶隙的物理機理，以及電路參數對帶隙內傳播常數的影響；有效揭示了關鍵的帶隙影響因素和影響規律，為壓電分流陣列的設計提供了理論基礎。（5）綜合運用前面的算法工具和理論分析成果，結合適當的最佳化算法，實現壓電分流陣列的最佳化設計；以高分衛星微振動傳遞抑制為目標，在衛星艙體上設計了二維壓電分流陣列，分析了分流陣列對艙體上微振動傳遞的抑制作用，探索了壓電分流陣列在衛星微振動抑制中套用的可行性。項目全面完成了申請書規定的各項研究內容。在該項目資助下，共發表論文8篇，其中SCI收錄6篇。項目研究成果可為柔性航天桁架結構的研製與套用為提供一條新的技術途徑

柔性周期結構的振動特性及其控制研究

基本介紹

中文摘要

結題摘要

相關詞條

熱門詞條