[发明专利]一种空间科学实验柜的被动式减振方法

说明书

本发明涉及一种空间科学实验柜的被动式减振方法，在前后处理软件中建立空间科学实验柜有限元仿真模型，进行正弦扫频分析求解，得到整体和各组件的加速度响应结果；得到整柜及各组件在共振频率点上的能量分布；在关键组件模态应变能较大的位置铺敷约束阻尼层；对铺设阻尼减振后的空间科学实验柜重新进行正弦扫频分析求解，对比附加约束阻尼层前后结构响应的变化情况，验证该被动式减振方法的可靠性。本发明提出一种针对空间科学实验柜的被动式减振方法，它不需要改动现有结构，对柜体本身结构功能没有任何影响，一定程度上改善仪器设备和有效载荷的动力学环境，提高实验柜综合性能指标，该方法可靠性高、鲁棒性强、易实现。

技术领域

本发明涉及航空航天约束阻尼减振设计领域，具体地说是一种空间科学实验柜的被动式减振方法。

背景技术

振动是航空航天系统结构研制中经常遇到的力学问题，如果处理不当，结构的振动环境过于恶劣，或者发生共振现象，会导致仪器失效，甚至灾难性的后果。因此，结构的减振技术对于航空航天系统产品的研制是非常关键的因素。

载人航天二期我国将发展短期有人照料的空间实验室，将开展一系列空间科学实验。为构建实验室，运载火箭将承载多个空间科学实验柜来完善空间实验室，满足科学实验要求。空间科学实验柜是用来承载科学载荷系统，配备很多高精密仪器设备来组件空间实验室，完成空间科学实验。这些高精密仪器设备对振动环境要求很高，高振动动力学工况下会对精密仪器设备造成不可逆转的损坏影响其精准度，上天后无法开展空间科学实验，将产生巨大损失，因此需采取必要的减振措施才能满足特殊科学实验要求，鉴于此对空间科学实验柜被动式减振系统进行了研究和设计。

发明内容

针对航空航天动力学环境恶劣精密机械振动响应大问题，本发明提供一种空间科学实验柜的被动式减振方法，采用约束阻尼层减振技术，提高实验柜阻尼，改善动力学环境，进一步提高空间科学实验柜在火箭发射状态下的可靠性。

用少量的结构试验所获得的数据对有限元模型进行修正，获得比较准确的有限元模型，解决了有限元建模仿真不精确问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种空间科学实验柜的被动式减振方法，包括以下步骤：

步骤1：在前后处理软件中建立空间科学实验柜有限元仿真模型，并通过有限元分析软件进行正弦扫频分析求解，得到整体和各组件的加速度响应结果；

步骤2：采取模态应变能分析方法，得到整柜及各组件在共振频率点上的能量分布；

步骤3：在关键组件模态应变能较大的位置铺敷阻尼材料，包括阻尼层和约束层；

步骤4：对铺设阻尼减振后的空间科学实验柜重新进行正弦扫频分析求解，对比附加约束阻尼层前后结构响应的变化情况，验证该被动式减振方法的可靠性。

所述进行正弦扫频分析求解是分别对实验柜的XYZ三个方向进行频响分析，得到整体和各个组件的加速度响应结果，确定现有实验柜的最大振动的频率和加速度响应放大情况，也为后续与减振后结构进行频率响应分析所得加速度响应结果对比做铺垫。

所述模态应变能分析方法是对原结构进行模态分析，得到整柜及各组件在共振频率点上的能量分布，根据模态应变能分布确定约束阻尼层粘结位置。

所述阻尼材料是约束阻尼结构设计优先考虑的因素，要求材料在减振频率有较高的耗损因子，其中阻尼层材料采用丁基橡胶。

所述阻尼层和约束层在有限元模型中铺敷于应变能大的被减振结构，适合用于薄板平面结构。因此基层一般为壳网格，阻尼层用五面体或六面体单元模拟，约束层用壳网格单元模拟，三者通过共节点耦合为一体。