基于ADAMS对柔性太阳能帆板的振动分析.pdf

第2 3 卷第5 期 2 0 1 0 年9 月 机电产品开簋与纠新 D e v e l o p m e n t I n n o v a t i o no fM a ch m e r y E l e ct r i ca lP r o d u ct s V 0 1 2 3 N o 5 S e p 2 0 10 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 0 0 5 0 7 6 0 3 基于A D A M S 对柔性太阳能帆板的振动分析 高明宝 李世芸 昆明理工大学机械工程学院 云南昆明6 5 0 0 9 3 摘要 通过建立的卫星模型 利用A d a m s v i b r a t i o n 模块对卫星柔性的太阳能帆板展开后进行振动分析 得 出太阳能帆板的振动模态和特征值 以及频率响应曲线 通过分析得出系统的最大振型 为以后卫 星结构和参数进行优化设计提供了依据 关键词 太阳能帆板 A d a m s v i b r a t i o n 振动分析 频率响应曲线 模态坐标 中图分类号 T P 3 9文献标识码 A d o i l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 0 0 5 0 3 0 V i b r a t i o nA n a l y s i so fF l e x i b l eS o l a rP a n e l sB a s e do nA D A M S G A0M i n g B a o L IS h i Y u n D e p a r t m e n to fM e ch a n i ca la n dE l e ct r o n i cE n g i n e e r i n g K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS ci e n cea n dt e ch n o l o g y K u n m i n gY u n n a n6 5 0 0 9 3 C h i n a A b s t r a ct T h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to fs a t e l l i t em o d e l I th a sb e e nca r r i e do nt h ev i b r a t i o na n a l y s i st Of l e x S b l es o l a rp a n e l sw h i chi s l a u n ch e db yu s i n gA d a m s v i b r a t i o nm o d u l e W eo b t a i n e dt h ep r i m a r yv i b r a t i o nf r e q u e n cya n dm o d a lo fv i b r a t i o nw h i chi n f l u e n ce dv i b r a t i o n A tt h es a m et i m e w eca np l o tf r e q u e n cyr e s p o n s ecu r v eo ft h ev i b r a t i o ns y s t e m I nt h ee n d b yo u rk n o w l e d g e w eca r lk n o wt h el a r g e M o d eS h a p e A n dt h ev i b r a t i o na n a l y s i sr e s u l t sh e l pt Oo p t i m i z es a t e l l i t es t r u ct u r ea n dp a r a m e t e r sd e s i g ni nt h ef u t u r e K e yw o r d s s o l a rp a n e l s A d a m s V i b r a t i o n v i b r a t i o na n a l y s i s f r e q u e n cyr e s p o n s ec1 1 1 v e m o d a lco o r d i n a t e s 0 引言 卫星上柔性太阳能帆板是卫星运转的供电装置 其 面积大 重量小 柔度大 这些特点都不利于卫星空间 稳定运转 进而它的动态特性 模态和频率 以及影响 其模态参数的主要因素自然成为工程设计人员的主要研 究问题 为此基于A D A M S 中的振动模块对柔性太阳能 帆板进行分析 A D A M S V i b r a t i o n 振动分析模块是A D A M S 针对 A D A M S V i e w A D A M S C a r A D A M S S o l v e r 等模块添加 的频域分析模块 主要用来在频域内对系统进行受迫振 动分析 计算系统的响应及模态 并据此提出系统的减 振措施 A D A M S V i b r a t i o n 振动分析模块 通过利用激 振器的虚拟测试 以代替产品的昂贵的物理模型进行振 收稿日期 2 0 1 0 0 7 2 9 作者简介 高明宝 1 9 8 4 男 安徽六安人 硕士研究生 助教 研究方向 机械C A D C A M C A E 计算机辅助设计 李世芸 1 9 6 5 女 云南昆明人 硕士生导师 工程图学 教研室主任 美国密歇根大学访问学者 编著多本教材 荣 获数次奖项 发表论文多篇 研究方向 机械 C A D C A M k C A E 计算机辅助设计 7 6 动分析 从而避免了实际振动分析只能在设计产品的最 后阶段进行且费用昂贵的弊端 进而大大缩短产品设计 时间 降低设计成本 1 对太阳能帆板在激振器作用下进行振动 分析的必要性 太阳能帆板是一种收集太阳能的装置 它将太阳能 转化为电能 然后储存在卫星的太阳能电池里 为卫星 在太空中的正常运转提供了充足的电力保障 但卫星运 转时 太阳能帆板来自宇宙风 微粒等干扰力的作用 使其发生振动 不但会对卫星的空间定位产生影响 还 会使太阳能帆板产生由振动引起的疲劳损伤 进而维 系到整个卫星的运转 所以对太阳能帆板展开后的振动 分析就显得相当重要 本研究采用的是谐波激振力 它是以频率为变量 幅值为常数的正弦函数力 在A D A M S 中 这个正弦函 数的幅值和初始相位需要在初始化激励源氏设置 谐波函数表达式 f t o F 对应在时域的表达式为 f t F l co s t o t 0 j s i n t o t 0 式中 f 一作用力方 程 F 一作用力的幅值 t 一函数在时域里的对应值 t 一 制造业信息化 时间变量 0 为相位角 2 卫星的振动仿真及结果分析 太阳能帆板是与太空仓通过旋转副连接着 而太空 仓 卫星转接器 试验台三者之间通过阻力器柔性连接 着 故卫星转接器的底面的中心处是振源的主要输入 点 由于宇宙中的不确定因素比较多 比如字宙风或微 粒子流等 其各方面的干扰力非常复杂 无法用精确的 函数来表达 所以振动仿真中 近似用正弦甬数来定义 系统振动的激振器 当太阳能帆板在宇宙中因为外界干 扰力的作用发生振动时 其卫星空间定位不但受到影 响 还可能南于振动导致太阳能帆板发生疲劳损失 进而影响到对航天器的提供能源 故将太阳能帆板的 中心处作为振动响应的输出点 另外本仿真中太阳能 帆板采用的是柔性体 其振动变形的程度 主要是取 决于太阳能帆板的运动程度 因此选择输出通道的类 型为位移类型 2 1 建立输入通道 输入通道是给系统定义激励的输入端口 振动激励 必须通过输入端口输入 另外输入通道还可以用作绘制 系统频率响应的端口 一个通道只能有一个输入激励 而一个激励可以通过不同的通道输入给系统 为此 在 卫星转接器的底面中心处分别输入x Y 方向上正弦函 数激振力 如图l 所示 图1 模态标记点及其特征值 2 2 创建输出通道 指计算系统响应的位置 通过分 析系统的响应可以知道系统的振动特 性 输出通道用以检测系统的频率响 应 可以在频率直接报给结果 本次 仿真中是研究柔性太阳能帆板的振动 情况 为此输出通道选择在帆板的中 心处 类璎为位移 2 3 进行振动分析 输出仿真结果 输入计算频率的起始频率0 1 H z 终止频率1 0 0 0 H z 和步数4 0 0 另外使计算频率之间成 对数关系 在A d a m s V i b r a t i o n 模块中对卫星仿真模型进行了振 动分析 求得该虚拟样机系统共有1 3 6 阶模态频率及振 型 从而得到模态标记点及其特征值 如图l 所示 在 激振器的作用下 得到的所需的频率响应曲线 如图2 3 所示 仿真中 对于太阳能帆板中心的Y 方向上 当分别 通过输入通道输入x Y 方向上的激振力时 得出如下 图2X 方向的频率响应曲线 图3Y 方向的频率响应曲线 的频率响应曲线 见图4 为了更好的查看帆板的最大振型 通过软件绘制得 到激振力作用下x Y 方向系统模态坐标图 图4X Y 方向上的频率响应曲线 图5 系统模态坐标图 2 4 仿真结果分析 利用A d a m s V i b r a t i o n 振动分析模块 下转第6 8 页 产品与市场 螺栓扭矩过大 解决措施 定期检查滑块螺栓 及时更 换老化的螺栓 操作人员合模前检查滑块是否松动 5 底座定位难 原因分析 底座内通孔形状不合 适 解决措施 即增加一个大倒角来引导定位 改进前 和改进后如图4 所示 图4 改进前底座内孔和改进后底座内孔 历g 4u n i m p r o v e di n t e r n a lh o l eo ft h eb a s e p l a t ea n di m p r o v e di n t e r n a lh o l eo ft h eb a s ep l a t e 6 活络模损伤 原因分析 在清洗过程中 由于 喷嘴在整个清洗过程中保持一个方位 将侧板上材料移 位 从而造成侧板面损坏此损坏形状为光滑凹坑 由于 钢圈边碰伤 上下侧板及扇形花纹块碰伤而造成轮胎表 面局部不平 由此损坏形状为有棱有角 如图5 所示 n 刀篙言蔫棠嚣 挤捻法或镦压法 图5 模型损伤断面 修理 当损伤面 F i g 5D a m a g em o d e lo fs e ct i o n 大时 可采用补 焊抛光方式处理 应用活络模具能够生产高质量的子午线轮胎 但在 使用过程中也难免会出现 些问题 这些问题有可能是 使用过程中工作人员操作不当或设备的使用寿命等原因 造成的 但是作为活络模的制造和生产环节来讲 应该 尽可能的采用先进的工艺技术和设备 提高模具的制造 精度 同时延长使用寿命 3 总结 为保证模具的使用寿命及使用质量 模具在使用过 程及存放期间要求做好保养维护工作 主要包括以下几 个方面 1 活络模具中的主要易损件为耐磨板 它是一种 复合材料 具有自润滑功能 使用时不需要加任何润滑 油 模具使用一段时间后 一般6 个月为一个检修期 要检查耐磨板的磨损情况 耐磨层厚度l m m 如果耐磨 层磨损超过0 8 m m 则必须更换此耐磨板 同时还要检 查 司定耐磨板用的沉头螺钉是否高于耐磨板表面 如果 螺钉头高出就会严重划伤相配合件表面 这时必须将螺 钉进行紧固 模具使用时 不能将任何杂物落在耐磨板 上 要保持耐磨板表面清洁 如果有杂物将对耐磨板表 面损伤非常大 严重时使耐磨板报废 2 在硫化时由于受高温及蒸汽影响 各紧固螺栓 容易锈蚀 因此模具在装配时必须将螺栓螺纹部分加丝 扣酯或二硫化钼 这样螺栓表面不易锈蚀 模具拆卸也 比较方便 模具在使用三个月后 就需要将模具拆开清 洗 检查易损件的磨损情况 再重新组装 避免模具因 长时间高温硫化而使紧词件锈死 3 由于模具长时间处于高温带水蒸气的环境下工 作 特别是中套与硫化机上固定板连接螺栓 上环连接 螺栓或镶块连接螺栓 限位块连接螺栓及T 型块连接螺 栓承受载荷较大 为了安全起见连接螺栓使用三年需要 更换一次 另外由于中套与硫化机上固定板连接螺栓无 防松垫圈 应定期进行螺栓预紧以防发生意外 4 为了提高提高活络模具连接螺栓强度 模具关键 部件用的内六角螺栓性能等级均要采用1 0 9 1 2 9 级 参考文献 l 王黎黎 张建伟 子午线轮胎活络模易出现的问题及解决措施 轮胎工业 2 0 0 5 9 2 1 陈利萍 何红卫 陈建国 子午线轮胎活络模常见问题的分析和锯 决措施f J 橡胶科技 1 1 场 2 0 0 6 2 4 上接第7 7 页 得到柔性太阳能帆板在激振器作用下 振动模态共1 3 6 个 如图1 所示 由图2 3 5 分析得 影响太阳能帆板的最大振型模态5 5 5 6 6 4 通过网 2 3 可知影响模态最大振型的频率范围主要集中0 1 0 3 H z 3 0 4 0 H z 等范围内 通过图4 分析知道在低阶或 高阶模态中容易发生共振 对太阳能帆板产生疲劳损 伤 并且影响到卫星的空间定位 3 结束语 由于帆板采用柔性的 减小了质量 从而减小引起 振动的惯性力 提高了系统的固有频率 进而提高了系 统的抗振性 但在仿真分析中 在外界干扰力的作用 下 帆板还