馮彥軍，周徐斌，周 宇，李 昊，石川千

(上海衛(wèi)星工程研究所,上海 201109)

航天器預復振響應對比分析研究現(xiàn)狀綜述

馮彥軍，周徐斌，周 宇，李 昊，石川千

(上海衛(wèi)星工程研究所,上海 201109)

對航天器預復振響應對比分析的研究現(xiàn)狀進行了綜述。介紹了航天器振動試驗中預振和復振試驗(簡稱預復振)結(jié)果不一致現(xiàn)象的三種典型表現(xiàn)形式：共振峰漂移、共振峰數(shù)量變化和共振峰幅值變化。分析相關(guān)試驗研究和數(shù)值模擬文獻，指出邊界非線性、材料非線性和結(jié)構(gòu)損傷等因素是造成預復振結(jié)果不一致的主要原因。對邊界非線性，主要從間隙非線性理論研究和螺栓松動試驗驗證兩方面討論了邊界非線性對預復振不一致的影響，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)間隙可造成共振峰漂移，預緊力和阻尼對頻率漂移也有影響，而螺栓松動則可改變傳力路徑和結(jié)構(gòu)導致共振峰漂移。對材料非線性，研究認為蜂窩材料特性隨載荷、時間、溫度等因素的變化可導致航天器結(jié)構(gòu)特性改變，從而出現(xiàn)頻率漂移。對結(jié)構(gòu)損傷，研究發(fā)現(xiàn)這會導致航天器結(jié)構(gòu)特性發(fā)生不可逆變化而造成預復振試驗結(jié)果出現(xiàn)差異。針對目前研究以共振峰漂移問題為主，且局限于理論和仿真，尚不能應用于科研實際的現(xiàn)狀，根據(jù)當前航天發(fā)展和工程需要，對振動試驗研究的發(fā)展提出了建議：推進復雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動響應研究體系建設(shè)；完善航天器振動試驗評價技術(shù)；加強航天器振動試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)。

航天器振動試驗； 預振； 復振； 共振峰漂移； 共振峰數(shù)量變化； 共振峰幅值變化； 非線性； 結(jié)構(gòu)損傷

0 引言

動力學環(huán)境試驗用于對航天產(chǎn)品設(shè)計和工藝狀態(tài)適用性進行考核，是研制過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。對衛(wèi)星來說，基于振動環(huán)境對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)及星上儀器設(shè)備的影響，為確保衛(wèi)星發(fā)射成功并正常工作，必須進行地面振動環(huán)境模擬試驗，以考驗衛(wèi)星及星上儀器設(shè)備承受該環(huán)境的能力[1]。衛(wèi)星系統(tǒng)級振動試驗中，滿量級振動試驗加載量級一般從低到高，在每個滿量級試驗前后，應分別進行預、復振試驗檢驗。兩個相鄰的滿量級振動試驗間可只進行一次預(復)振級試驗。對一般航天器，預、復振級試驗又稱特征級試驗。特征級結(jié)構(gòu)響應曲線對比法是傳統(tǒng)的航天器振動試驗評價技術(shù)，通過對比分析全量級振動試驗前后特征級試驗響應曲線，獲得航天器的傳遞特性、共振頻率和各階幅值放大系數(shù)等結(jié)構(gòu)特性，識別航天器結(jié)構(gòu)在振動試驗過程中可能發(fā)生的故障[2]。大量的航天器振動試驗結(jié)果表明，預復振試驗響應曲線不一致現(xiàn)象非常普遍，且變化類型復雜。典型的不一致現(xiàn)象主要有共振峰漂移、共振峰數(shù)量變化和共振峰幅值變化等。

引起預復振差異的原因，或是航天器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)裝配狀態(tài)改變、應力釋放、材料本身非線性等，這屬于正常范疇；或可能是連接狀態(tài)變化和結(jié)構(gòu)破壞等不可逆變化，這不容忽視。文獻[3]提出了一種試驗許可準則：在高量級隨機試驗前后，結(jié)構(gòu)的基頻漂移不大于3%；文獻[4]指出關(guān)鍵模態(tài)頻率漂移不大于5%，峰值附近的加速度響應值下降不大于20%。一般認為，對違背了許可準則的不一致現(xiàn)象需分析原因，依靠設(shè)計師的工程經(jīng)驗，試驗后對試驗件進行拆解和復查故障。但這種經(jīng)驗式分析對產(chǎn)品研制進度產(chǎn)生了很大制約。對預復振差異的機理，國內(nèi)外主要根據(jù)引起結(jié)構(gòu)非線性因素，用理論和試驗方法分析了邊界非線性、材料非線性、結(jié)構(gòu)損傷等因素對預復振試驗不一致的影響，但多局限于對共振峰漂移現(xiàn)象的研究，且深度不夠，遠不能滿足工程應用，對共振峰數(shù)量、幅值變化的現(xiàn)象則鮮有研究。共振峰數(shù)量變化意味著結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率數(shù)量的變化，共振峰幅值又與結(jié)構(gòu)阻尼和剛度有關(guān)，兩者的影響不可忽略。因此，亟需對該問題進行系統(tǒng)研究，并用于航天器產(chǎn)品的研制。本文對航天器預復振響應不一致現(xiàn)象研究的現(xiàn)狀進行了綜述。

1 預復振試驗結(jié)果不一致表現(xiàn)形式

1.1 共振峰漂移

結(jié)構(gòu)振動響應曲線出現(xiàn)共振峰漂移(亦稱頻率漂移)，特別是基頻主峰漂移，表示結(jié)構(gòu)的固有頻率發(fā)生了不可逆變化，是振動試驗中最常出現(xiàn)也是設(shè)計者最關(guān)心的。共振峰漂移常會引起航天器與運載火箭或單機與航天器間的頻率耦合，發(fā)生共振并導致響應過大，對結(jié)構(gòu)和單機的可靠性帶來極大風險。共振嚴重時將導致結(jié)構(gòu)失效或單機損壞，甚至整個任務失敗和航天員傷亡[5-6]。由于上述原因，國內(nèi)外對頻率漂移現(xiàn)象進行了大量研究。

在航天器地面振動試驗中，頻率漂移現(xiàn)象主要有兩類。一類是隨振動量級逐步增大固有頻率連續(xù)降低的現(xiàn)象。如1995年，NASA的卡西尼號土星探測器在模態(tài)試驗中出現(xiàn)了頻率隨激振器推力量級增大而向前漂移的現(xiàn)象[7-8]。另一類是給定量級的隨機振動試驗前后檢測到的基頻不一致現(xiàn)象[4]。如NASA某串聯(lián)式多功能載人航天器艙段連接裝置，預復振試驗結(jié)果的基頻發(fā)生了前漂；我國FY-3衛(wèi)星初樣的預復振試驗結(jié)果也曾出現(xiàn)大幅頻率前漂的現(xiàn)象(如圖1所示)[9]。共振峰漂移通常表現(xiàn)為共振峰前漂，但也有例外，如某導彈戰(zhàn)斗部橫向試驗出現(xiàn)了固有頻率隨振動量級而升高的現(xiàn)象[10]。

1.2 共振峰數(shù)量變化

預復振試驗結(jié)果不一致也可表現(xiàn)為共振峰數(shù)量的增加或減少，常見的有雙峰變單峰、共振峰消失等，即結(jié)構(gòu)固有頻率的增加或減少。該現(xiàn)象多發(fā)生在局部結(jié)構(gòu)的振動響應中，意味著局部結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆變化。

GLAST望遠鏡在正樣隨機試驗中，對比不同振動量級響應曲線發(fā)現(xiàn)加速度響應共振峰頻率點向低頻漂移，且在基頻主峰處出現(xiàn)明顯擴散現(xiàn)象[4]。某衛(wèi)星的振動試驗出現(xiàn)了明顯的雙峰變單峰現(xiàn)象，如圖2所示。

1.3 共振峰幅值變化

經(jīng)過大振動量級振動試驗后，復振響應曲線共振峰幅值常發(fā)生變化(增大或減小)，且往往伴隨著其他預復振不一致現(xiàn)象，如共振峰漂移和共振峰數(shù)量變化。這種變化意味著結(jié)構(gòu)阻尼特性發(fā)生改變，從而影響結(jié)構(gòu)共振響應幅值。我國FY-3衛(wèi)星初樣振動試驗出現(xiàn)了明顯的響應幅值變化現(xiàn)象，如圖3所示。

2 預復振試驗結(jié)果不一致問題研究

部分航天器振動試驗準則中對關(guān)鍵模態(tài)頻率和共振峰幅值變化等提出了要求，對違背了準則的預復振不一致現(xiàn)象，需引起關(guān)注，查找原因，復現(xiàn)故障。國內(nèi)外研究者主要從結(jié)構(gòu)非線性角度分析其對預復振試驗結(jié)果的影響。航天器結(jié)構(gòu)是非線性系統(tǒng)，會發(fā)生包括諧波響應、次諧波響應和碰撞等非線性響應。諧波響應及次諧波響應會使復振試驗結(jié)果中諧波峰數(shù)量增加；碰撞現(xiàn)象可能導致機械系統(tǒng)在局部區(qū)域發(fā)生疲勞損傷，使結(jié)構(gòu)發(fā)生非穩(wěn)定的運動，引起整星結(jié)構(gòu)或局部結(jié)構(gòu)響應曲線的變化[10]。

引起結(jié)構(gòu)特性發(fā)生非線性變化的因素有很多，如連接間隙、摩擦、材料彈塑性、結(jié)構(gòu)損傷等。在大量級振動試驗中，結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)螺栓松動、黏彈性材料的松弛、預緊結(jié)構(gòu)接觸面受載荷作用后由不穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)、結(jié)構(gòu)損傷演化等情況。目前，主要分析邊界非線性、材料非線性、結(jié)構(gòu)損傷三個因素對預復振試驗結(jié)果不一致現(xiàn)象的影響，但多局限于對共振峰漂移現(xiàn)象的研究，討論共振峰數(shù)量、幅值變化現(xiàn)象的較少。

2.1 邊界非線性引起的預復振不一致

航天器振動試驗系統(tǒng)具有大部件多、連接環(huán)節(jié)多的特點，在振動試驗中的邊界非線性表現(xiàn)為連接環(huán)節(jié)的變化，如螺栓、楔型環(huán)等接觸式連接件隨大量級振動試驗的進行而發(fā)生松動或連接狀態(tài)改變(如受預緊力的墊層松弛或回彈等現(xiàn)象)。研究者主要從間隙非線性理論研究和螺栓松動試驗驗證兩方面分析邊界非線性對預復振不一致的影響。

2.1.1 間隙非線性

卡西尼號探測器在1995年的振動試驗中，縱向模態(tài)頻率由21 Hz下降到18 Hz，下降了15%，引起設(shè)計者的高度關(guān)注。分析證明偏移間隙是導致非線性動力特性的原因，之后通過改進間隙設(shè)計后消除了頻率漂移現(xiàn)象[7]。文獻[11]采用數(shù)值模擬研究了ASTRO-F紅外空間天文衛(wèi)星結(jié)構(gòu)連接間隙對共振峰漂移的影響，計算模型和仿真結(jié)果如圖4所示。研究發(fā)現(xiàn)隨著連接間隙d從0 μm增至100 μm，主峰依次前移，且在間隙100 μm的低頻響應處出現(xiàn)響應跳躍現(xiàn)象，證明結(jié)構(gòu)間隙存在是造成峰漂移的原因。

文獻[12]對一個典型衛(wèi)星桁架結(jié)構(gòu)的簡化模型進行了分析，用間隙非線性和Iwan模型描述非線性連接結(jié)構(gòu)，用數(shù)值方法分析了間隙大小、預緊力、系統(tǒng)阻尼和隨機間隙對頻率漂移的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：無預緊力時，系統(tǒng)幅頻響應則表現(xiàn)出“硬彈簧”性質(zhì)(如圖5(a)所示)；有預緊力時，隨激勵量級的增大，結(jié)構(gòu)振動響應共振峰先向低頻漂移，在激勵力增大到特定值后，共振峰向高頻恢復，即結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“硬彈簧-軟彈簧”的頻率漂移特性(如圖5(b)所示)，間隙越大，頻率漂移越嚴重。文獻[13-14]研究了間隙、預緊力等非線性因素對航天器套筒連接結(jié)構(gòu)頻率漂移的影響，如圖6所示。

2.1.2 螺栓松動

2006年，NASA的NEXT先進離子推進器樣機1號在環(huán)境試驗中出現(xiàn)了基頻峰前漂5%，且響應幅值大幅減小的現(xiàn)象，如圖7所示。故障排查后發(fā)現(xiàn)，造成異?，F(xiàn)象的原因是支架臂C處連接螺栓存在松動，以致主傳力路徑發(fā)生變化[15]。

2014年，NASA工程和安全中心(NESC)在某串聯(lián)式多功能載人航天器艙段連接裝置的預復振試驗中，由于尾帽連接松動出現(xiàn)共振峰漂移現(xiàn)象，通過重新緊固松動位置解決了該問題[9]。

國內(nèi)對螺栓松動引起的共振峰漂移問題也進行了研究。國防科學技術(shù)大學的研究者分析了連接接頭松動對整星局部節(jié)點響應的影響，研究結(jié)果顯示：單個連接接頭失效，整星縱振頻率降低1～2 Hz；兩個接頭失效，整星的縱振頻率降低5～6 Hz[4]。文獻[16]針對以往衛(wèi)星預復振試驗基頻漂移3～4 Hz的問題，通過改進主承力結(jié)構(gòu)(對接法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計)和在傳力接頭處增加螺栓數(shù)量，減小了應力集中，并在后期某衛(wèi)星(質(zhì)量620 kg)上采用了該設(shè)計，在整星鑒定級試驗中基頻表現(xiàn)出穩(wěn)定性，橫向主頻漂移僅約0.4 Hz。

2.2 材料非線性引起的預復振不一致

材料非線性是指材料的應力應變本構(gòu)關(guān)系是非線性的，如材料彈塑性、復合材料各向異性等?，F(xiàn)代衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中廣泛采用蜂窩夾層復合材料，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)充滿空隙，結(jié)構(gòu)不連續(xù)，面板與蜂窩間的膠層也是非線性材料[17]。在振動試驗過程中，這些材料特性隨載荷、時間、溫度等因素變化導致結(jié)構(gòu)特性出現(xiàn)改變，進而引起振動響應的變化，對預復振試驗結(jié)果產(chǎn)生影響[10]。

FalconSAT衛(wèi)星預復振試驗結(jié)果出現(xiàn)明顯的不一致現(xiàn)象，一階主峰前漂9.1%，高階頻率(230 Hz附近)處的共振峰幅值降低62%，如圖8所示。研究表明：造成基頻漂移的原因是沖擊環(huán)黏彈性材料的非線性特性。隨著鑒定級隨機振動試驗的持續(xù)，溫度升高，該材料剪切模量發(fā)生變化，對基頻共振峰產(chǎn)生影響[4]。

國內(nèi)對衛(wèi)星廣泛采用的蜂窩夾層材料的非線性特性進行了研究。文獻[18-20]用試驗方法研究了T型鋁蜂窩板振動量級與頻率漂移的關(guān)系，并基于Duffing假設(shè)進行了非線性參數(shù)識別，證明蜂窩材料的非線性是造成衛(wèi)星振動試驗中可恢復性頻率漂移現(xiàn)象的原因。文獻[21]從混沌理論的角度，計算得到鋁蜂窩板振動試驗數(shù)據(jù)的最大Lyapunov指數(shù)均大于0，證明存在混沌現(xiàn)象，指出材料非線性是頻率漂移的主要原因。

2.3 結(jié)構(gòu)損傷引起的預復振不一致

在航天器地面環(huán)境試驗中，結(jié)構(gòu)局部損傷是導致結(jié)構(gòu)失效的常見原因之一。由于航天器“輕質(zhì)高強”要求，航天器結(jié)構(gòu)廣泛采用復合材料，在振動試驗中多產(chǎn)生分層、脫膠、纖維斷裂等與復合材料相關(guān)的損傷[22]。結(jié)構(gòu)損傷必然導致整體剛度、阻尼等結(jié)構(gòu)特性發(fā)生變化，從而影響結(jié)構(gòu)局部動力響應的變化。此時，結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆變化是造成預復振試驗結(jié)果差異的主要原因。

在GLAST望遠鏡正樣隨機試驗中出現(xiàn)的共振峰漂移和峰值擴散的原因是振動過程有數(shù)個螺釘松動，同時螺紋出現(xiàn)損傷，結(jié)構(gòu)阻尼特性改變。文獻[20]認為不可恢復的大幅頻率漂移，原因可能是結(jié)構(gòu)損傷或連接松動[20]。我國某衛(wèi)星天線在振動試驗中，由于天線背筋7處小筋與蒙皮脫粘，導致在預復振試驗頻響曲線不一致現(xiàn)象明顯，出現(xiàn)了共振峰漂移和共振峰消失現(xiàn)象，如圖9所示。

在結(jié)構(gòu)局部損傷對振動特性的影響，特別是復合材料脫層損傷方面，國內(nèi)外主要針對共振峰頻率漂移進行了初步研究[23-27]。但研究僅分析了損傷對簡單的梁、板或圓柱殼結(jié)構(gòu)固有頻率的影響，未討論損傷對動態(tài)響應的影響規(guī)律。此外，對基于結(jié)構(gòu)振動響應數(shù)據(jù)的損傷識別方法也有探索，從而對結(jié)構(gòu)損傷對預復振試驗結(jié)果的影響作出解釋[28-29]。這些研究對預復振試驗結(jié)果不一致的機理解釋有積極的作用。

3 結(jié)束語

航天器地面環(huán)境振動試驗是對航天產(chǎn)品設(shè)計和工藝狀態(tài)適用性的考核，是研制過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。在航天器地面振動試驗中，預復振試驗結(jié)果不一致現(xiàn)象非常普遍，典型現(xiàn)象有共振峰漂移、共振峰數(shù)量變化和共振峰幅值變化等。對該現(xiàn)象機理的研究認為邊界非線性、材料非線性和結(jié)構(gòu)損傷是主要原因。但研究以共振峰漂移為主，且局限于理論和原因解釋，研究深度不足，不能滿足工程的需要。另外，在共振峰數(shù)量變化和共振峰幅值變化兩方面的研究較少，但兩者的影響不可忽略，因為共振峰數(shù)量變化意味著結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率數(shù)量的改變，共振峰幅值又與結(jié)構(gòu)阻尼和剛度有密切關(guān)系。

預復振試驗響應曲線對比法是航天器振動試驗評價的關(guān)鍵，也是目前制約我國航天器產(chǎn)品研制效率的瓶頸。通過對預復振試驗不一致現(xiàn)象研究現(xiàn)狀的綜合分析，結(jié)合當前航天工程的發(fā)展需要，應重點開展如下研究[30-32]。第一，進一步推進復雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動響應研究體系建設(shè)。航天器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)復雜，多采用大部件、連接環(huán)節(jié)、撓性部件等，且廣泛采用復合材料，因此振動響應表現(xiàn)出極大的非線性。在傳統(tǒng)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學理論的基礎(chǔ)上，突破航天器典型連接結(jié)構(gòu)動力學建模技術(shù)，重點研究連接環(huán)節(jié)破壞和結(jié)構(gòu)損傷對復雜系統(tǒng)響應的影響，結(jié)合航天器結(jié)構(gòu)模塊化建模仿真技術(shù)，最終形成一套具有理論支撐、仿真成熟和工程應用的一體化研究體系。第二，進一步完善航天器振動試驗評價技術(shù)。梳理振動試驗評價技術(shù)的不足，給出應對策略和技術(shù)方案。進一步從試驗流程各環(huán)節(jié)分析影響試驗結(jié)果的因素，充分提取和利用試驗數(shù)據(jù)，引進創(chuàng)新的評價方法，通過故障審查和改善設(shè)計，建立定量化、可視化、便利性試驗評價技術(shù)。第三，進一步加強航天器振動試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)。目前我國航天領(lǐng)域?qū)υ囼灁?shù)據(jù)處理方法不完善，傳統(tǒng)的預復振頻響數(shù)據(jù)經(jīng)驗式的對比已不能完全滿足需求。一方面，隨著我國多年航天器研制經(jīng)驗的積累，大量的振動試驗數(shù)據(jù)極具應用價值，應重視對航天器振動試驗故障的分類、對比和匯總；另一方面，結(jié)合工程經(jīng)驗，在深入基于振動試驗數(shù)據(jù)的損傷識別研究基礎(chǔ)上，引入振動試驗數(shù)據(jù)處理的新方法，建立一套以航天器振動試驗異常數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)模型為輸入，以可能故障信息為輸出的故障排查系統(tǒng)。

[1] 柯受全, 金恂叔. 衛(wèi)星環(huán)境工程和模擬試驗[M]. 北京: 中國宇航出版社, 1996: 23-73.

[2] 向樹紅. 航天器力學環(huán)境試驗技術(shù)[M]. 北京: 中國科學技術(shù)出版社, 2008: 18-58.

[3] BAGAGLI R, BALDINI L, BELLAZZINI R, et al. Environmental tests of the flight GLAST LAT tracker towers[J]. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, 2008, 584(2-3): 358-373.

[4] 薛宏偉, 林益明, 劉天雄. 航天器振動試驗的頻率漂移問題綜述[J]. 航天器工程, 2005, 14(4): 58-62.

[5] 馬興瑞, 韓增堯, 鄒元杰, 等. 航天器力學環(huán)境分析與條件設(shè)計研究進展[J]. 宇航學報, 2012, 33(1): 1-12.

[6] 佚名. 亞太二號衛(wèi)星發(fā)射未成功[J]. 中國航天, 1995(3): 9.

[7] CARNEY K, YUNIS I, SMITH K, et al. Nonlinear dynamic behavior in the Cassini spacecraft modal survey[J]. Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1997, 3089: 811-817.

[8] 陳昌亞, 宋漢文, 王德禹, 等. 衛(wèi)星振動試驗中固有頻率“漂移”現(xiàn)象初步研究[J]. 振動與沖擊, 2003, 22(4): 23-25.

[9] DERVAN J, ROBERTSON B, STAAB L, et al. Development testing and subsequent failure investigation of a spring strut mechanism[C]// Proceedings of the 42nd Aerospace Mechanisms Symposium. Greenbelt: NASA Goddard Space Flight Center, 2014: 1-14.

[10] 王東升, 周桐, 張志旭. 淺析振動試驗中結(jié)構(gòu)非線性引發(fā)的現(xiàn)象[J]. 航天器環(huán)境工程, 2007, 24(5): 314-317.

[11] KUIZUMI N O, NATORI M C. Nonlinear vibrations of a satellite truss structure with gaps: 45thAIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference[C]// Washington D.C.: AIAA, 2004.

[12] 衛(wèi)洪濤, 孔憲仁, 王本利, 等. 非線性連接結(jié)構(gòu)對一個典型衛(wèi)星頻率漂移的影響[J]. 航天器環(huán)境工程, 2012, 29(3): 297-302.

[13] 衛(wèi)洪濤, 孔憲仁, 王本利, 等. 套筒連接結(jié)構(gòu)非線性對梁頻漂的影響[J]. 振動工程學報, 2012, 25(4): 373-379.

[14] FERRI A A. Modeling and analysis of nonlinear sleeve joints of large space structures[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 1988, 25(5): 354-360.

[15] ANDERSON J R, VAN NOORD J L, SOULAS G C. Environmental testing of the NEXT PM1 ion engine[M]. Cleveland: Glenn Research Center, NASA, 2008.

[16] 李翔, 張曉莉, 馬海全. 減小整星基頻漂移的主承力結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 航天器工程, 2009, 18(6): 93-96.

[17] 陳昌亞, 王本利, 王德禹, 等. 隨振動量級增加衛(wèi)星結(jié)構(gòu)頻率下移的分析[J]. 上海航天, 2004, 21(3): 44-47.

[18] 陳昌亞, 宋漢文, 王德禹, 等. 衛(wèi)星振動頻率漂移現(xiàn)象與非線性參數(shù)識別[J]. 上海交通大學學報, 2005, 39(7): 1197-1200.

[19] 陳昌亞, 宋漢文, 王德禹, 等. 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)鋁蜂窩板非線性振動試驗與參數(shù)辨識研究[J]. 振動與沖擊, 2004, 23(1): 8-11.

[20] 王萍萍, 陳昌亞, 羅文波, 等. 衛(wèi)星振動試驗中頻漂現(xiàn)象分析[J]. 哈爾濱工業(yè)大學學報, 2006, 38(1): 74-75.

[21] 何蕊, 羅文波, 王本利, 等. 基于Lyapunov指數(shù)的鋁蜂窩板頻率漂移機理分析[J]. 宇航學報, 2009, 30(2): 463-467.

[22] 袁慎芳, 朱曉榮. 應用應力波技術(shù)的蜂窩結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測[J]. 數(shù)據(jù)采集與處理, 2000, 15(4): 486-490.

[23] SHEN M H H, GRADY J E. Free vibrations of delaminated beams[J]. AIAA Journal, 1992, 30(5): 1361-1370.

[24] YIN W L, JANE K C. Vibration of a delaminated beam-plate relative to buckled states[J]. Journal of sound and vibration, 1992, 156(1): 125-140.

[25] CHANG T P, LIANG J Y. Vibration of postbuckled delaminated beam-plates[J]. International Journal of Solids and Structures, 1998, 35(12): 1199-1217.

[26] 吉桂秀. 含多分層復合材料層合板和加筋板的自由振動特性研究[D]. 大連: 大連理工大學, 2006.

[27] 楊金花, 傅衣銘. 具脫層軸對稱層合圓柱殼的振動模態(tài)分析[J]. 應用力學學報, 2007, 24(4): 509-513.

[28] DOEBLING S W, FARRAR C R, PRIME M B. A summary review of vibration-based damage identification methods[J]. Shock and Vibration Digest, 1998, 30(2): 91-105.

[29] 韓大建, 王文東. 基于振動的結(jié)構(gòu)損傷識別方法的近期研究進展[J]. 華南理工大學學報(自然科學版), 2003, 31(1): 91-96.

[30] 朱建斌, 向樹紅, 賈萍, 等. 航天器動力學試驗評價技術(shù)[J]. 裝備環(huán)境工程, 2012, 9(3): 5-10.

[31] 丁繼鋒, 韓增堯, 馬興瑞. 航天器動力學模型試驗驗證技術(shù)研究進展[J]. 力學進展, 2012, 42(4): 395-405.

[32] 陳幼玲, 朱學旺, 朱長春. 工程因素對結(jié)構(gòu)振動環(huán)境試驗響應的影響[J]. 中國工程科學, 2006, 8(12): 62-65.

ReviewofSpacecraftPreandPostVibrationTestResponseComparativeAnalysis

FENG Yan-jun， ZHOU Xu-bin， ZHOU Yu， LI Hao， SHI Chuan-qian

(Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109, China)

The present status of spacecraft pre and post vibration test response comparative analysis was reviewed in this paper. There are three typical differences including resonance peak shift, change in number of resonance peaks and change in resonant vibration amplitude between pre vibration and post vibration in spacecraft vibration test. The main reasons for these differences are boundary nonlinearity, material nonlinearity and structural damage according to the relevant experimental research and numerical simulation about the discrepancies. For boundary nonlinearity, the influence of the boundary nonlinearity on the difference between pre and post vibration test are discussed from theoretical study of gap nonlinearity and test validation of bolts looseness. The studies find that resonance peak will be shifted because of structure gap, and frequency shift will be influenced because of preload and damping, as well as force transfer route will be changed to cause resonance peak shift because of bolts looseness. For material nonlinearity, researches find the honeycomb material characteristics will be changed because of load, time, temperature and other factors, which can change spacecraft structure characteristic and cause frequency shift. For structure damage, studies find that this will cause irreversible change of spacecraft structure characteristic to make differences between pre and post vibration tests. Researches mainly focus on resonance peak shift based on theory and simulation analysis, which can’t be applied in scientific research and practice. According to the requirement of the domestic space engineering, the main research directions in the spacecraft vibration test are suggested, which conclude more research about vibration response of the complex structure system, further improvement of the spacecraft vibration test evaluation technology and further reinforcement of spacecraft vibration test data management system.

spacecraft vibration test; pre vibration test; post vibration test; resonance peak shift; change of resonance peak numbers; change in resonant vibration amplitude; nonlinearity; structure damage

1006-1630(2017)06-0096-07

V416；V414

A

10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.06.015

2017-04-15；

2017-10-08

國家自然科學基金青年基金資助(51605299)

馮彥軍(1991—)，男，碩士生，主要從事衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計和振動測試。