基于行波法的导弹结构动力学分析与主动振动控制研究

摘要

导弹在发射和飞行阶段将会经受复杂和严酷的声振力学环境，这类力学环境将严重危及导弹结构和弹上设备的安全性和可靠性，因而迫切需要研究有效的动力学分析与振动抑制方法。传统的有限元方法和统计能量方法在处理导弹结构中高频动力学分析与控制问题时存在不足，本文在结合以往国内外研究现状的基础上，以导弹简化变截面梁结构为研究对象，基于行波方法建立其动力学模型，进一步获得精确的动力学响应特性；并探索研究相应的主动振动控制方法，以此达到提高导弹可靠性和命中精度的目标。本文具体研究工作如下：
　　首先，以工程上最常见的悬臂梁结构为例，采用行波方法建立悬臂梁结构的动力学模型，并给出精确的解析解；在此基础上，推导并获得了悬臂梁结构的主动功率流表达式，以此研究悬臂梁结构的功率流主动控制方法。基于此，针对具体实例进行数值仿真分析，以此说明行波方法和功率流主动控制方法在处理结构动力学响应分析与主动振动控制问题时的特点和优势。
　　其次，将导弹简化变截面梁结构的振动看成是不同形式、不同频率弹性波的叠加，考虑力作用处的平衡和变形协调条件、边界处的边界条件以及两梁之间的相互耦合连接条件，最终建立了包含纵波和弯曲波的导弹结构行波动力学模型。基于此模型，采用行波法对导弹结构进行动态特性数值仿真，与有限元方法结果的比较表明行波法在处理导弹结构的动力学响应问题上的正确性、精确性以及计算效率。
　　最后，在导弹结构行波动力学模型与动力学分析的基础上，研究了导弹结构振动抑制的功率流主动控制方法。推导并获得了导弹结构中弯曲波和纵波的主动功率流表达式；在此基础上，进行功率流主动控制研究，以此实现导弹结构振动的有效抑制。研究结果表明：功率流主动控制方法可以实现导弹结构整体振动的有效抑制；并且最优控制力微小偏差、最优控制力位置以及误差传感器位置对功率流主动控制效果的影响较小。
　　基于行波方法和功率流主动控制理论，本文详细地研究了导弹简化变截面梁结构的动力学分析与主动振动控制问题，其研究成果将为未来新型导弹的总体设计、振动分析与主动控制研究提供有价值的参考。

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中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 行波分析方法理论基础

2.1 引言

2.2 悬臂梁结构动力学建模与行波解

2.3 悬臂梁结构功率流传播分析与主动振动控制

2.4 仿真算例与分析

2.5 行波方法与功率流主动控制方法的特点

2.4 本章小结

第3章 基于行波方法的导弹结构动力学分析

3.1 引言

3.2 导弹结构简化模型描述

3.3 导弹简化变截面梁结构行波动力学模型

3.4 仿真算例与分析

3.5 本章小结

第4章 导弹结构的功率流主动控制方法研究

4.1 引言

4.2 导弹简化结构中传播的主动功率流

4.3 导弹简化结构的功率流主动控制

4.4 仿真算例与分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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