刘福寿 徐文婷 金栋平

摘要： 关节非线性对大型可展开空间桁架结构整体动力学特性有着重要影响。将关节模拟为具有六个方向刚度且其中任意方向可含有非线性特性的弹簧系统，研究了空间桁架结构非线性动力学建模与共振分析方法。采用双线性滞回模型模拟关节的摩擦特性，基于描述函数法得到了关节等效刚度和等效阻尼的解析表达式。在对两端含非线性关节的桁架构件进行动力学缩聚的基础上，建立了桁架结构在频域下的整体缩聚动力学模型，并采用Newton?Raphson迭代方法进行频域响应求解。通过数值算例将本文方法的计算结果与有限元分析结果进行比较，验证了本文方法的准确性和高效性。

关键词： 结构振动; 空间桁架结构; 非线性关节; 摩擦滑移; 双线性滞回模型

引  言

空间桁架结构具有轻质高强、结构灵活、宜于扩展等优点，是目前大型空间可展开结构及未来超大型在轨组装结构的一种主要结构形式[1?3]。不论是可展开桁架还是在轨组装桁架，都会使用大量的连接部件（简称“关节”）来联结桁架构件[4?5]。在这些关节中不可避免地存在间隙，导致关节内产生接触碰撞、摩擦滑移等力学问题[6]，成千上万个关节间隙可以使整个结构动力学呈现强非线性，甚至使理想结构的动力学特性发生很大改变[7]。因此，准确预测关节非线性对整体结构动力学特性的影响，对于大型空间桁架结构动力学设计及在轨动态性能至关重要[8]。……