柔性周期结构的振动特性及其控制研究

在轨运行的大型航天桁架结构是典型的柔性周期结构，它的非线性振动是影响桁架的指向稳定性和形状精度的主要因素。本项目以此为背景，开展柔性周期结构的非线性振动及其控制研究。目前，周期结构的振动能带特性研究还主要采用线性理论，尚未涉及航天柔性桁架结构等非线性对象。本项目的基本任务是将能带理论引入柔性航天桁架结构的动力学模型中，研究柔性周期结构的非线性振动能带特性，包括禁带特性、空间局域特性，及其随几何非线性、刚度非线性与阻尼非线性等因素的变化规律；研究非线性振动的禁带、空间局域等特性对桁架结构方位与形状的影响机制与规律。以此为基础建立柔性周期结构的非线性振动控制模型，以位形控制为目标探索控制策略与方法、传感器与作动器的空间布置方式，讨论控制的增益、溢出、稳定性等问题。最后制备典型柔性航天桁架的缩比模型开展实验验证研究。本项目研究结论将为柔性航天桁架结构的研制与应用提供新的参考思路。

在轨运行的大型航天桁架结构是典型的柔性周期结构，它的非线性振动是影响桁架的指向稳定性和形状精度的主要因素。本项目以此为背景，开展柔性周期结构的非线性振动及其控制研究，将能带理论引入柔性航天桁架结构的动力学模型中，研究柔性周期结构的非线性振动能带特性，包括禁带特性、空间局域特性；研究非线性振动的禁带、空间局域等特性对桁架结构方位与形状的影响机制与规律。以此为基础建立柔性周期结构的非线性振动控制模型，以位形控制为目标探索控制策略与方法、传感器与作动器的空间布置方式，讨论控制的增益、溢出、稳定性等问题。最后制备典型柔性航天桁架的缩比模型开展实验验证研究。本项目研究结论将为柔性航天桁架结构的研制与应用提供新的参考思路。项目主要研究成果.(1)对柔性周期结构的梁杆类单元结构进行周期拓展，在其中进行了局域化的谐振子及谐振子的空间分布形式研究。结果表明，恰当的局域谐振子的设计及其空间分布形式，能够使得谐振子的能带特性与原有桁架周期结构的能带特性产生动力学耦合，在拓展带隙、抑制较宽频带和较低频率范围内的振动具有良好的效益。.(2)通过比较和分析三角形、四边形、六边形、内凹六边形等典型原胞的拓扑结构形式的带隙特性和衰减特性，证实了内凹六边形属于负泊松比结构，由内凹六边原胞拓展而成的周期结构具有带隙宽、频率低的特性，综合性能较好。.(3) 提出一维压电分流阵列结构的精确积分模型；提出了新的二维压电分流阵列结构带隙计算方法，包括数值法求解超越特征值问题或波场变换实现特征值问题线性化；完成了二维压电分流阵列结构传播常数的求解。.(4)深入地研究了压电分流阵列结构的带隙特性和带隙形成机理，包括电阻电路、谐振电路和负电容电路三种不同类型分流电路形成带隙的物理机理，以及电路参数对带隙内传播常数的影响；有效揭示了关键的带隙影响因素和影响规律，为压电分流阵列的设计提供了理论基础。.（5）综合运用前面的算法工具和理论分析成果，结合适当的优化算法，实现压电分流阵列的优化设计；以高分卫星微振动传递抑制为目标，在卫星舱体上设计了二维压电分流阵列，分析了分流阵列对舱体上微振动传递的抑制作用，探索了压电分流阵列在卫星微振动抑制中应用的可行性。.项目全面完成了申请书规定的各项研究内容。在该项目资助下，共发表论文8篇，其中SCI收录6篇。项目研究成果可为柔性航天桁架结构的研制与应用为提供一条新的技术途径