一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法。現(xiàn)有運(yùn)載火箭模態(tài)識(shí)別主要采用工程方法進(jìn)行，對(duì)于具有復(fù)雜模態(tài)交聯(lián)特性的大型液體捆綁火箭，直接應(yīng)用可能會(huì)帶來(lái)一定的誤差。本發(fā)明依據(jù)彈性振動(dòng)理論，建立了模態(tài)質(zhì)量與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系式，提出了運(yùn)載火箭復(fù)雜模態(tài)判別依據(jù)，與現(xiàn)在工程應(yīng)用的判別依據(jù)相比，理論基礎(chǔ)更加可靠、判別精度更高；同時(shí)，采用本發(fā)明的方法計(jì)算得到的局部模態(tài)質(zhì)量與整體模態(tài)質(zhì)量在數(shù)值上差別更大，依據(jù)模態(tài)質(zhì)量相對(duì)大小判別局部模態(tài)的精度也比傳統(tǒng)的工程方法有一定提高，從而為大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別提供了理論依據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，尤其涉及一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，屬于運(yùn)載火箭總體領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]較現(xiàn)役及在研的運(yùn)載火箭，大型液體捆綁火箭的尺寸和重量增大，且捆綁了液體助推器，火箭低頻模態(tài)密集、縱橫扭耦合現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅對(duì)火箭結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模、模態(tài)試驗(yàn)及模型修正技術(shù)提出了更高的要求，而且模態(tài)交聯(lián)的特點(diǎn)也給模態(tài)識(shí)別及模態(tài)質(zhì)量計(jì)算帶來(lái)了難題。
[0003]現(xiàn)有火箭模態(tài)識(shí)別主要采用工程方法進(jìn)行:對(duì)于某一階模態(tài)，以火箭頂端節(jié)點(diǎn)的6個(gè)方向位移(3個(gè)平動(dòng)位移和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位移)中絕對(duì)值最大者來(lái)確定模態(tài)類別，如頂點(diǎn)在Y方向的位移絕對(duì)值最大，貝1J此階模態(tài)屬于Y方向的橫向振動(dòng)模態(tài)。此種方法并未建立在嚴(yán)格的理論推導(dǎo)上，對(duì)于具有復(fù)雜模態(tài)交聯(lián)特性的大型液體捆綁火箭，直接應(yīng)用可能會(huì)帶來(lái)
一定的誤差。
[0004]現(xiàn)有工程方法在識(shí)別局部模態(tài)時(shí)，主要是將振型歸一化，并依據(jù)模態(tài)質(zhì)量的相對(duì)大小確定。對(duì)于運(yùn)載火箭若干階模態(tài)質(zhì)量，模態(tài)質(zhì)量在數(shù)量級(jí)明顯要比其他大的，就判別為局部1旲態(tài)。此種局部1旲態(tài)的識(shí)別方法精度有待提聞。
[0005]對(duì)于局部模態(tài)的識(shí)別，文獻(xiàn)《Effectsof local vibrations on the dynamics ofspace truss structures))用最大整體振幅與在同一模態(tài)下單個(gè)元件振幅的比值識(shí)別大型桁架結(jié)構(gòu)的局部模態(tài)，較利用模態(tài)質(zhì)量識(shí)別局部模態(tài)方法精度差；文獻(xiàn)《用模態(tài)質(zhì)量分布識(shí)別局部模態(tài)》采用模態(tài)質(zhì)量空間分布方法識(shí)別大型桁架結(jié)構(gòu)的局部模態(tài)，此種方法需要計(jì)算出模態(tài)質(zhì)量在空間上的分布，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，其模態(tài)質(zhì)量在三維空間上分布的計(jì)算過(guò)程將十分繁瑣，同時(shí)計(jì)算結(jié)果顯示不方便，會(huì)給模態(tài)識(shí)別增加困難。文獻(xiàn)《Effects of localvibrations on the dynamics of space truss structures〉〉和文獻(xiàn)〈〈用模態(tài)質(zhì)量分布識(shí)別局部模態(tài)》所介紹的方法可以識(shí)別局部模態(tài)，但是對(duì)模態(tài)屬于哪個(gè)方向的振動(dòng)判別較難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，加深了理論基礎(chǔ)，提高了判別精度。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，包括如下步驟:
[0008](I)根據(jù)運(yùn)載火箭的梁一質(zhì)量點(diǎn)有限元模型的動(dòng)特性分析結(jié)果，提取出飛行狀態(tài)中某一時(shí)刻有限元模型中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量特性行陣組成的質(zhì)量特性矩陣Ms、某階模態(tài)下各個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)位移行陣 組成的振動(dòng)位移矩陣Us ；
[0009](2)根據(jù)Ms、Us計(jì)算模態(tài)質(zhì)量分量Mx、Mr、Mz、Me，其中Mx、My、Mz, M0分別表示模態(tài)質(zhì)量在縱向、Y方向橫向、Z方向橫向、扭轉(zhuǎn)方向的分量；[0010](3)比較模態(tài)質(zhì)量分量Mx、My、Mz、Me的相對(duì)大小，其中最大值Me=max (Mx、My、Mz、M0 )代表的振動(dòng)類型即為此階模態(tài)類型；
[0011](4)根據(jù)步驟(3)確定的模態(tài)類型進(jìn)行振型歸一化處理，計(jì)算出火箭的模態(tài)質(zhì)量M ；
[0012](5)模態(tài)質(zhì)量大于第一階模態(tài)質(zhì)量三個(gè)或三個(gè)以上數(shù)量級(jí)的模態(tài)被判斷為局部模態(tài)，即完成了復(fù)雜模態(tài)識(shí)別。
[0013]所述步驟(1)中質(zhì)量特性矩陣Ms為
[0014]Ms=DVIs1 Ms2...Ms1...MsJt
[0015]其中，MSl、Ms2、Ms1、Msn*別為飛行狀態(tài)中某一時(shí)刻有限元模型中第l、2、1、n個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量特性行陣，η為有限元模型中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，i e [I, η]；
[0016]第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量特性行陣Msi為
[0017]Msi=Qnxi myi mzi Jxi Jyi Jj
[0018]其中，mx1、my1、mzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在X、Y、Z方向上的質(zhì)量，Jx1、Jy1、Jzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0019]所述步驟(1)中振動(dòng)位移矩陣Us為
[0020]Us=IiUs1 Us2 …Usi …Us1Jt
[0021]其中，USl、US2、US1、USn*別為第1、2、1、η個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)位移行陣，η為有限元模型中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，i e [I, η]；
[0022]第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)位移行陣Usi為
[0023]Usi=CUxi Uyi Uzi Rotxi Rotyi RotJ
[0024]其中，Ux1、Uy1、Uzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在X、Y、Z方向上的平動(dòng)位移，Rotx1、Roty1、Rotzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移。
[0025]所述步驟(2)中模態(tài)質(zhì)量分量Mx的計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據(jù)運(yùn)載火箭的梁一質(zhì)量點(diǎn)有限元模型的動(dòng)特性分析結(jié)果，提取出飛行狀態(tài)中某一時(shí)刻有限元模型中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量特性行陣組成的質(zhì)量特性矩陣Ms、某階模態(tài)下各個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)位移行陣組成的振動(dòng)位移矩陣Us ； (2)根據(jù)Ms、Us計(jì)算模態(tài)質(zhì)量分量Mx、My、Mz、Me，其中Mx、My、Mz、Me分別表示模態(tài)質(zhì)量在縱向、Y方向橫向、Z方向橫向、扭轉(zhuǎn)方向的分量； (3)比較模態(tài)質(zhì)量分量Mx、My、Mz、Me的相對(duì)大小，其中最大值Me=max(Mx、My、Mz、Me )代表的振動(dòng)類型即為此階模態(tài)類型； (4)根據(jù)步驟(3)確定的模態(tài)類型進(jìn)行振型歸一化處理，計(jì)算出火箭的模態(tài)質(zhì)量M; (5)模態(tài)質(zhì)量大于第一階模態(tài)質(zhì)量三個(gè)或三個(gè)以上數(shù)量級(jí)的模態(tài)被判斷為局部模態(tài)，即完成了復(fù)雜模態(tài)識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，其特征在于:所述步驟(1)中質(zhì)量特性矩陣Ms為
Ms=DVIs1 Ms2...Ms1...MsJt 其中，MSl、MS2、MS1、MSn*別為飛行狀態(tài)中某一時(shí)刻有限元模型中第l、2、1、n個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量特性行陣，η為有限元模型中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，i e [I, η]； 第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量特性行陣Msi為 Msi=Qnxi myi mzi Jxi Jyi Jzi] 其中，mx1、my1、mzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在X、Y、Z方向上的質(zhì)量，Jx1、Jy1、Jzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 所述步驟(1)中振動(dòng)位移矩陣Us為 Us=IiUs1 Us2...Us1...UsJt 其中，USl、US2、US1、USn*別為第1、2、1、η個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)位移行陣，η為有限元模型中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，i e [I, η]； 第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)位移行陣Usi為 Usi= [Uxi Uyi Uzi Rotxi Rotyi Rotzi] 其中，Ux1、Uy1、Uzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在X、Y、Z方向上的平動(dòng)位移，Rotxi, Rotyi, Rotzi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，其特征在于:所述步驟(2)中模態(tài)質(zhì)量分量Mx的計(jì)算公式如下:

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大型液體捆綁火箭復(fù)雜模態(tài)識(shí)別方法，其特征在于:所述步驟(4)中根據(jù)確定的模態(tài)類型進(jìn)行振型歸一化處理的方法為: 以模型首節(jié)點(diǎn)的模態(tài)類型方向位移h為1，首節(jié)點(diǎn)其他方向位移以及其他節(jié)點(diǎn)位移等比放大或縮小，j根據(jù)模態(tài)類型確定；模態(tài)類型屬于縱向振動(dòng)時(shí)，Ujl=Uxl ;模態(tài)類型屬于Y方向橫向振動(dòng)時(shí)，Uj1=Uyl ;模態(tài)類型屬于Z方向橫向振動(dòng)時(shí)，Ujl=Uzl ;模態(tài)類型屬于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，Ujl=Rotxi ;放大或縮小倍數(shù)為B = 所述步驟(4)中火箭的模態(tài)質(zhì)量M的計(jì)算公式如下:
M=B2.Me。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103593557SQ201310534342
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】吳勝寶, 彭小波, 申麟, 唐慶博, 魏明, 李勇鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院