ICS 49.020 V 70 GB 中华人民共和国国家标准 GB/T 29081—2012 航天器模态计算方法 Modal analysis for spacecraft 2012-12-31发布 2013-07-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T29081—2012 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由中国航天科技集团公司提出。 本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（SAC/TC425)归口。 本标准起草单位：中国空间技术研究院总体部。 本标准主要起草人：柴洪友、钱志英。 GB/T290812012 引言 本标准属于中国航天国家标准体系。中国航天国家标准体系适用于航天领域国家标准的制修订和 管理，覆盖航天管理、航天技术、航天应用与服务三大领域，是指导航天器和运载火箭项目管理、工程研 制、航天发射服务、卫星在轨应用等活动的依据， 随着我国航天事业的迅猛发展，长寿命、高可靠性、功能复杂的航天器不断涌现。在航天器结构设 计和验证过程中，对航天器模态的要求（固有频率的要求）是大多数航天器结构设计的重要要求。航天 器结构模态分析是航天器结构分析的重要内容之一，在航天器结构研制过程中具有重要的作用。 本标准为获取合理、准确、可靠的航天器模态计算结果提供依据和指导，对航天器模态分析的模型 建立、模型检查以及模态特性分析等方面进行统一的规范，目的是保证工程研制过程中航天器模态分析 的准确性。航天器模态计算在航天器研制过程中具有重要作用，如对避免频率耦合引起的共振、航天器 构型方案选择、结构故障诊断、仪器设备的动力学环境预示等都有着重要的影响。当前国内外航天事业 迅猛发展，各类型号的航天器都在紧密的研制开发过程中，因而有必要将航天器模态计算的过程进行统 一规定，确保计算、分析过程的规范化和结果的有效性。 Ⅱ GB/T29081—2012 航天器模态计算方法 1范围 SAC 本标准规定了航天器的模态计算方法 本标准适用于航天器的模态计算和航天器界面广义刚度矩阵和广义质量矩阵的计算。舱段、组件 的模态计算可参照使用。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2. 1 静定界面 statically determinate interface 在结构运动时可视为刚体的界面。 注：结构通过界面与其他结构相连，对于静定界面只需通过某个参考点的自由度就能表示出所有界面自由度的运动。 2. 2 结构理想化 structuralidealization 把实际结构转化成一种能够表现结构的几何特征和连接关系、并能有效反映结构的力学特性和进 行力学分析的形式的过程。 注：如将具有一定几何特征的构件抽象为点、线、面或体，进而简化为结构力学中的质点、弹簧、杆、梁、板、壳、体等。 3航天器模态计算步骤 航天器模态计算一般步骤如图1所示 模态计算相关 设计参数 试验数据 参激获取 结构理想化 有限元建模 有限元模型检 香 是 模态计算 图1航天器模态计算步骤 GB/T29081—2012 4航天器模态计算相关参数获取 航天器模态计算结果主要取决于以下物理参数： a）航天器系统的质量和惯量分布； 航天器结构的刚度特性； b)f c 航天器结构的边界条件。 其中，刚度特性和边界条件的确定除考虑设计参数外，还应参考试验结果不断修正。 5航天器有限元模型的建模 5.1结构理想化 5.1.1概述 关注结构刚度的模拟。对于影响结构刚度较大的因素，不应过分简化 5.1.2有限单元类型的确定 单元类型根据结构的几何特征、受力情况及分析软件确定，主要应用的单元类型包括质点单元、弹 簧元、杆单元、梁单元、板壳单元、体单元等。在选择单元时，以下内容将有助于建立合理的计算模型： 桁架结构采用杆单元，构架结构采用梁单元，板和壳结构采用板壳元； a) b) 当连接结构刚度很大而无必要细化时，采用刚性单元模拟； 接头和特殊连接处用弹簧元或多点约束模拟； d) 包带连接解锁机构用弹簧元模拟； e) 胶接、铆接和焊接一般理想化为刚性连接； 连接形式要视具体情况而定，有时理想化为刚性连接（限制6个自由度），有时理想化为限制 5个自由度的连接或限制3个平移自由度的铰接； 较大的设备用质点单元模拟，并用多点约束或刚性单元连接到结构板的安装位置上，有较多固 g) 定点的设备作为均布的非结构质量定义于适当区域的结构板单元上； h) 某些仪器参与结构承力时应适当模拟仪器结构刚度； i) 液体质量可用等效质量模拟； j) 单元之间的位移应当协调，包括平动和转动； k)> 对于不易进行简化或者进行了简化但难以确定参数的局部结构，可进行局部试验，根据试验数 据进行建模。 5.1.3位移边界条件的确定 SZIG 根据具体情况采用固支边界条件、简支边界条件或弹性边界条件 为了解简化程度对分析结果的影响，可以采用不同类型的边界条件进行分析，比较后最终确定合适 的边界条件。 5.2坐标系选择 坐标系选择应遵从以下原则： a）f 航天器有限元模型的整体坐标系一般应采用航天器总体定义的机械总体坐标系； 2