结构动态设计基础

第五章第五章 结构动态设计基础结构动态设计基础5.1.1 5.1.1 结构动态设计的任务与内容结构动态设计的任务与内容（1）结构动力分析模型的拟定； （2）结构动力固有特性的分析、设计与试验；（3）动环境与动载荷的确定；（4）弹体结构动态响应的分析与试验；（5）弹上测量与控制设备安装位置的确定与减振设计；（6）结构的耦合振动分析；（7）进行颤振分析与试验，以确定结构颤振临界速度；（8）结构的随机振动响应分析。5.1.1 5.1.1 导弹结构动态导弹结构动态 设计的过程设计的过程 结构系统设计动力分析结构动态设计过程包括：结构系统设计、动力分析和修改三部分工作。 满足设计要求设计定型结构设计技术要求是否 5.2.1 5.2.1 导弹结构动态固有特性的特点导弹结构动态固有特性的特点（1）相邻两固有频率之差在不同频段分布不均匀，在某 些频段十分密集；（2）导弹横向的不同方向同一阶两个固有频率往往很接 近，甚至相等；（3）在各阶整体模态之间，存在一些局部模态 ；（4）轴向载荷、舱段或翼面的连接接头、边界条件等因 素对模态有重要影响 。5.2.2 5.2.2 导弹结构动态固有特性的设计要求导弹结构动态固有特性的设计要求（1）应远离动载荷的激励频率、发射装置和有效载荷基本固 有频率；（2）弹体的结构频率 fg 通常应高于其控制系统通频带fe的1.5 倍以上，而应高于导弹角自振频率 f 的510倍；（3）使导弹不产生严重的耦合振动现象；（4）导弹的基本频率与振型应与敏感装置的位置设计相互协调 。 5.2.3 5.2.3 导弹模态分析方法导弹模态分析方法 根据分析目的、结构特点以及不同方法的特点适 当选择分析方法，必要时也可以采用两种方法进行分 析比较。 5.2.4 5.2.4 提高模态分析精度的措施提高模态分析精度的措施（1）提高所建立的分析模型的准确性： 修改分析模型不合理之处； 通过试验数据修正模型； 通过实验模态分析，实施计算模型的修改。（2）合理地选择分析方法和相应的分析软件；（3）对于理论分析结果，应当进行详细、深入的模态特 征分析。 5.2.5 5.2.5 调整全弹固有频率的途径调整全弹固有频率的途径（1）改变全弹刚度和质量的大小与分布 尺寸、面积、厚度等几何参数； 改变结构材料； 结构内部或边界的支持条件； 主要部件或单元的连接型式； 集中质量的数量、分布或大小。 （2）利用动特性修改和灵敏度分析技术 5.3.1 5.3.1 导弹动态响应分析的时间域法导弹动态响应分析的时间域法（1）直接积分法 特点：先将运动方程运用有限元方法进行空间离散化，变偏微 分方程为常微分方程组： 再对时间变量进行各种差分离散。方法：Wilson-q 法 、Newmarh 法等。（2）模态迭加法( )( )( )( )ttttMxCxKxF 5.3.2 5.3.2 强度分析与设计强度分析与设计（1）结构动态响应分析方法的选择（2）动强度分析（3）弹体内设备的动态响应（4）动态设计中减小响应的一般措施 实施频率隔离； 增加结构阻尼，降低动力响应的峰值； 采用减振器、动力吸振器等装置降低响应峰值。也可通过 合理安置设备（包括位置），改变动力响应特征； 控制系统的使用条件，限制激励源的能量； 避免结构与相关系统发生严重的动力耦合。5.4.1 5.4.1 振动隔离的基本原理振动隔离的基本原理5.4.2 5.4.2 隔振系统的设计隔振系统的设计（1）减振装置在仪器设备上的安装位置设计（2）采用减振器的隔振设计（3）减振器的种类和特点 5.4.3 5.4.3 阻尼减振技术阻尼减振技术（1）粘弹阻尼材料（2）阻尼减振的基本原理（3）结构阻尼与复合阻尼结构 两种结构阻尼：系统阻尼和材料的内摩擦阻尼； 两种复合结构：自由阻尼结构和约束阻尼结构。 5.4.3 5.4.3 阻尼减振技术阻尼减振技术（4）约束阻尼板结构设计要点 根据结构使用温度、激振频率范围和预期达到的减振 效果 ； 确定结构的振型，找出应变较大的各个部位，贴上约 束阻尼材料； 在结构的质量和刚度许可的条件下，应尽量采用对称 夹心结构，通过设计，选定所用的阻尼材料，确定阻 尼层厚度、约束层厚度和结构的损耗因子。 5.4.3 5.4.3 阻尼减振技术阻尼减振技术（5）阻尼板的设计计算步骤 约束层厚度的确定 阻尼层厚度的确定 结构损耗因子的确定 5.5.1 5.5.1 静气动弹性原理静气动弹性原理（1）升力面的发散 翼面几何尺寸确定以后，防止静发散的主要途径是： 增大翼面的扭转刚度； 使弹翼弹性轴尽量接近压力中心线； 限制飞行速度。 5.5.1 5.5.1 静气动弹性原理静气动弹性原理（2）操纵面效率降低与反效 提高反效临界速压的主要途径是： 增大翼面的扭转刚度； 使弹翼弹性轴尽量接近压力中心线； 限制飞行速度。 5.5.1 5.5.1 静气动弹性原理静气动弹性原理（3）超声速飞行中的弯曲发散 随着飞行速度的增加，作用在导弹上的气动力迅速增加。对超声速飞行的小展弦比弹翼来说，在气动载荷作用下，顺气流方面（弦向）翼剖面的翘曲，引起了弦向弯曲变形。这种变形往往引起前缘迎角进一步增大，从而导致气动力进一步增加。若弹翼刚度不够，弹性恢复力不能平衡气动力时，这种弯曲变形将不断扩大，直至结构破坏。这就是超声速时弹翼的弯曲发散现象。细长的导弹在超声速飞行时，如果刚度不足，也会发生弹体弯曲发散现象。 5.5.2 5.5.2 颤振颤振（1）弯曲-扭转颤振发生的机理（2）颤振分析基本原理（3）防止颤振的措施 避免各种固有频率互相接近； 提高弹翼的弯曲刚度与扭转刚度； 使弹翼各横截面的重心位于弹性轴之前； 使操纵面的质量分布满足一定的平衡条件。