CN103455645A - 一种全箭模态提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全箭模态提取方法，依次包括：一、建立全箭结构梁单元模型；二、读取全箭有限元模型节点信息和模态阶数，获取全箭有限元模型各阶模态的固有频率和关于质量矩阵归一化的特征向量；三、根据节点信息提取节点，提取节点选取为芯级、助推器的主节点和发动机分枝、有效载荷分枝对应的节点；四、指定归一化节点编号；五、主振方向判别；六、得到按指定节点归一化的特征向量及广义质量；七、模态结果输出。本发明大大提高了模态提取工作的效率，降低了由人工提取模态失误带来的风险。

Description

一种全箭模态提取方法
技术领域
本发明涉及一种全箭模态提取方法，特别是涉及一种运载火箭和液体导弹模态参数提取方法。
背景技术
全箭结构动特性一般采用商用有限元程序Patran/Nastran分析得到，无法直接给出指定点指定方向最大振型归一的模态数据。Nastran计算结果.f06文件数据繁杂，无法直接提供给姿态控制系统和POGO稳定性分析使用，传统的模态提取方法效率较低，且易出差错。因此亟需提供一种新型的全箭模态提取方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高了模态提取工作的效率，降低了由人工提取模态失误带来的风险的全箭模态提取方法。
为解决上述技术问题，本发明一种全箭模态提取方法，依次包括以下步骤：
第一步、建立全箭结构梁单元模型；
第二步、得到全箭有限元模型的模态分析结果；从模态分析结果中读取全箭有限元模型节点信息和模态阶数，获取全箭有限元模型各阶模态的固有频率和关于质量矩阵归一化的特征向量；
第三步、根据火箭型号，获取芯级、助推器需要输出的节点个数及对应节点编号，输入需要提取的模态阶数；需要提取的模态阶数小于等于模态分析总阶数；根据节点信息提取节点，提取节点选取为芯级、助推器的主节点和发动机分枝、有效载荷分枝对应的节点；
第四步、指定归一化节点编号；
在带整流罩飞行状态，振型归一化节点选取火箭整流罩头部对应节点；抛整流罩后，振型归一化节点选取仪器舱前端面或二级机架箭体对接处对应节点；
第五步、主振方向判别；
对第i阶模态关于质量矩阵归一化的特征向量Φi，选取指定归一化节点三个平动和三个转动自由度中绝对值最大的振动分量ui，ui为对应方向；
第六步、得到按指定节点归一化的特征向量及广义质量；
对第i阶关于质量矩阵归一化的特征向量Φi，用该特征向量除以振动分量ui，得到按指定节点归一化的特征向量Ψi＝Φi/ui；对应该阶模态的广义质量 G i = 1 / u i 2 ;
第七步、模态结果输出；
从第一阶非零频模态开始，输出模态阶数、固有频率、广义质量、主振方向和按指定节点归一化的特征向量。
步骤一依次包括：
a)采集火箭理论图、总体原始数据，根据火箭理论图中的芯级、助推器的结构分布和总体原始数据中的分站信息，建立有限元模型节点和结构质量单元；
b)通过各部段结构设计图纸，获取各部段结构参数，建立模拟结构刚度的梁单元；
c)采集弹道数据中各个飞行时间点的推进剂质量，建立推进剂质量单元；
d)在结构质量单元、推进剂质量单元和梁单元的基础上组装全箭有限元模型，并生成可供Nastran软件分析的.bdf文件。
本发明根据结构动力学相关理论，能够直接从Nastran计算结果.f06文件中提取相关数据进行运算，实现了主模态的自动判别，进而按照固定格式输出频率、振型、振型斜率和广义质量等模态数据。大大提高了模态提取工作的效率，降低了由人工提取模态失误带来的风险。
附图说明
图1为本发明所提供的一种全箭模态提取方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
第一步、建立全箭结构梁单元模型；
a)采集火箭理论图、总体原始数据，根据火箭理论图中的芯级、助推器的结构分布和总体原始数据中的分站信息，建立有限元模型节点和结构质量单元；
b)通过各部段结构设计图纸，获取各部段结构参数，建立模拟结构刚度的梁单元；
c)采集弹道数据中各个飞行时间点的推进剂质量，建立推进剂质量单元；
d)在结构质量单元、推进剂质量单元和梁单元的基础上组装全箭有限元模型，并生成可供Nastran软件分析的.bdf文件；
第二步、通过Nastran软件的模态分析功能对.bdf文件进行计算，得到全箭有限元模型的模态分析结果.f06文件；从.f06文件中读取全箭有限元模型节点信息和模态阶数，获取全箭有限元模型各阶模态的固有频率和关于质量矩阵归一化的特征向量。
第三步、根据火箭型号，获取芯级、助推器需要输出的节点个数及对应节点编号，输入需要提取的模态阶数；需要提取的模态阶数小于等于模态分析总阶数；根据节点信息提取节点，提取节点选取为芯级、助推器的主节点和发动机分枝、有效载荷分枝对应的节点。
第四步、指定归一化节点编号；
在带整流罩飞行状态，振型归一化节点选取火箭整流罩头部对应节点；抛整流罩后，振型归一化节点选取仪器舱前端面或二级机架箭体对接处对应节点。
第五步、主振方向判别；
对第i阶模态关于质量矩阵归一化的特征向量Φi，选取指定归一化节点三个平动和三个转动自由度中绝对值最大的振动分量ui，ui为对应方向即为主振方向。
第六步、得到按指定节点归一化的特征向量及广义质量；
对第i阶关于质量矩阵归一化的特征向量Φi，用该特征向量除以振动分量ui，得到按指定节点归一化的特征向量Ψi＝Φi/ui；对应该阶模态的广义质量即指定归一化点三个平动和三个转动自由度中绝对值最大的振动分量的倒数；
第七步、模态结果输出：从第一阶非零频模态开始，输出模态阶数、固有频率、广义质量、主振方向和按指定节点归一化的特征向量。

Claims (2)

1.一种全箭模态提取方法，依次包括以下步骤：
第一步、建立全箭结构梁单元模型；
第二步、得到全箭有限元模型的模态分析结果；从模态分析结果中读取全箭有限元模型节点信息和模态阶数，获取全箭有限元模型各阶模态的固有频率和关于质量矩阵归一化的特征向量；
第三步、根据火箭型号，获取芯级、助推器需要输出的节点个数及对应节点编号，输入需要提取的模态阶数；需要提取的模态阶数小于等于模态分析总阶数；根据节点信息提取节点，提取节点选取为芯级、助推器的主节点和发动机分枝、有效载荷分枝对应的节点；
第四步、指定归一化节点编号；
在带整流罩飞行状态，振型归一化节点选取火箭整流罩头部对应节点；抛整流罩后，振型归一化节点选取仪器舱前端面或二级机架箭体对接处对应节点；
第五步、主振方向判别；
对第i阶模态关于质量矩阵归一化的特征向量Φi，选取指定归一化节点三个平动和三个转动自由度中绝对值最大的振动分量ui，ui为对应方向；
第六步、得到按指定节点归一化的特征向量及广义质量；
对第i阶关于质量矩阵归一化的特征向量Φi，用该特征向量除以振动分量ui，得到按指定节点归一化的特征向量Ψi＝Φi/ui；对应该阶模态的广义质量 G i = 1 / u i 2 ;
第七步、模态结果输出；
从第一阶非零频模态开始，输出模态阶数、固有频率、广义质量、主振方向和按指定节点归一化的特征向量。
2.根据权利要求1所述的一种全箭模态提取方法，其特征在于：所述步骤一依次包括：
a)采集火箭理论图、总体原始数据，根据火箭理论图中的芯级、助推器的结构分布和总体原始数据中的分站信息，建立有限元模型节点和结构质量单元；
b)通过各部段结构设计图纸，获取各部段结构参数，建立模拟结构刚度的梁单元；
c)采集弹道数据中各个飞行时间点的推进剂质量，建立推进剂质量单元；
d)在结构质量单元、推进剂质量单元和梁单元的基础上组装全箭有限元模型，并生成可供Nastran软件分析的.bdf文件。
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