卫星构架结构固有频率特性的试验研究和优化设计.pdfVIP

维普资讯 第 38卷 第 11期 上 海 交 通 大 学 学 报 Vo1．38NO 11 2004年 l1月 JOURNAIOFSHANGHAIJIAOT()NG UNIVERSITY NOV．2004 文章编号：1006—2467(2004)11—1889—03 卫星构架结构固有频率特性的试验研究和优化设计 夏利娟 ， 余 音 ， 金成定 (上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200030) 摘 要 ：以某卫星构架结构为研究对象，在有限元分析和模态试验验证 的基础上 ，建立合理 的优化 模型，采用序列二次规划法进行 固有频率 的优化分析 ，力求尽可能地 降低构架结构的总质量 ，同时 保持原有的模态特性基本不变．优化结果表 明，减重效果显著，即星上结构部件 的减重潜力以及优 化设计在工程设计领域 的应用具有现实意义． 关键词 ：卫星构型；优化设计 ；固有频率 ；模态试验 ；序列二次规划 中图分类号：U 661．42 文献标识码 ：A ExperimentalResearchandOptimalDesignfor ModeCharacteristicoftheFrameStructureonSate…te xIALi—juan， YU Yin JIN Xian—ding (SchoolofNavalArchitecture，OceanandCivilEng．， ShanghaiJiaotongUniv．，Shanghai200030，China) Abstract：OnthebasisoftheFEM analysisandmodetest，theoptimum modelwasestablished and the naturalfrequencyoptimum problem wasperformedbyusingthesequentialquadraticprogrammingmethod foraframestructureonthesatellite．Themaintaskoftheoptimum designistodecreasethetotalmassof theframestructureandkeepitsmodecharacteristicunchanged．Theoptimaldesignobtainedindicatesthe greatpotentialofdecreasingstructuralmassforthecomponentsonthesatelliteandthegreatmeaningsof theapplicationoftheoptimum designtotheengineeringdesignfields． Keywords：satelliteconfigurations；optimum design；naturalfrequency；modetest；sequentialquadratic programming 对于卫星结构而言 ，苛刻的质量轻量化要求使 个接头，每个杆件均 由钛合金接头、钛合金栓杆和碳 得开展其动力优化设计方面的研究与应用变得 日益 纤维杆组成，其构型如图 2所示． 迫切 ．本文选取某卫星上 的天线支撑构架结构 ，在模 首先采用 国际先进 的通用大型结构分析软件 态试验的基础上，建立合理的优化模型，采用序列二 MSC．Nastran对该构架结构进行有限元分析 ，将接 次规划法进行优化分析 ，有效地减少了构架结构的 头简化为截面尺寸为 22mm×22mm 的梁单元 ；栓 总质量．这表明本文采用的优化设计方法对改进卫 杆简化为 14．5mm 的梁单元 ；碳纤维杆简化为截 星结构设计具有实用价值． 面尺寸为 40mm×2mm 的梁单元．边界条件为下