[发明专利]模态试验预载施加装置、模态试验系统及预载施加方法

说明书

本发明提供了一种模态试验预载施加装置、模态试验系统及预载施加方法，该装置包括预载施加单元、预载反馈单元和预载控制单元，预载施加单元用于对试验件施加预载；预载反馈单元用于获取预载施加的时间和试验件的法向位移；预载控制单元用于根据时间和法向位移计算得出预载的值以及比较预载的值与预设预载值的大小，并且在预载的值大于预设预载值时控制预载施加单元减小施加在试验件上的预载，在预载的值小于预设预载值时控制预载施加单元增大施加在试验件上的预载。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中预载无法自适应精确调整、无法获取稳定完整的模态参数的技术问题。

技术领域

本发明涉及模态试验技术领域，尤其涉及一种模态试验预载施加装置、模态试验系统及预载施加方法。

背景技术

近年来，在大气层及临近空间内长时间飞行的飞行器逐渐成为研究热点，为了保持高升阻比以及较好的稳定控制能力，此类飞行器均设计有操纵舵面。由于高性能、轻质量以及结构功能化等方面的要求，复合材料杆件以及蜂窝夹层结构已被广泛地应用在航天工程中，特别是翼面结构和舵面结构中，这类材料刚度较低，柔度较大，因此这类材料制造的构件需要考虑其变形情况，而对于航天器的另外一些构件则不需要计入其变形，这样航天器系统就变成了刚体和柔体连接所构成的刚柔耦合动力学系统。同时，为了满足结构刚度增强的需求，大量的桁架结构应用到了航天器的设计中，这就导致航天器固有频率的分布变得更加复杂。

准确获取结构的模态参数是飞行器研制过程中的重要环节，模态试验是获取非线性结构模态参数的主要手段。航天器中包含大量自身刚度较弱、质量较小的结构，是一种非线性结构，如何准确获取这类非线性结构的模态参数一直是一个难题。复合材料舵面结构正是这类结构，其模态频率与自身的弹性模量及内部热应力有关，由于舵面长时间在大气层内承受气动加热，舵面结构材料在高温下的弹性模量会发生下降，舵面内部的温度梯度将产生热应力，这些都会影响舵面的模态特性，从而影响飞行器的气动弹性与气动伺服弹性特性。这类结构通常本身的非线性特性较强，而针对非线性结构进行模态试验测试时通常无法获取完整和稳定的模态参数，因此在模态试验时应克服结构非线性因素对其动力学特性的影响，以获得准确的模态特性参数。目前，传统的克服结构非线性因素的方法主要通过柔性工装实现预紧力加载，进而克服结构的非线性特性。然而，对于这类柔性结构而言，预紧力加载工装将会影响结构本身的刚度特性，从而导致测试结果误差较大。

此外，舵面的模态频率还较大程度地受到根部支撑刚度的影响，在飞行器飞行过程中，舵面既非自由－自由边界条件，也非固支边界条件，而是通过轴承等机构的支撑连接于自由边界的飞行器上，飞行器再对舵面提供一个支撑刚度。以往开展翼舵类结构的模态研究，主要关注翼面、舵面的自身频率，支撑部位对模态频率有多少影响较少得到研究。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题之一，本发明提供了一种模态试验预载施加装置、模态试验系统及预载施加方法。

根据本发明的一方面，提供了一种模态试验预载施加装置，装置包括：

预载施加单元，预载施加单元用于对试验件施加预载；

预载反馈单元，预载反馈单元用于获取预载施加的时间和试验件的法向位移；

预载控制单元，预载控制单元用于根据时间和法向位移计算得出预载的值以及比较预载的值与预设预载值的大小，并且在预载的值大于预设预载值时控制预载施加单元减小施加在试验件上的预载，在预载的值小于预设预载值时控制预载施加单元增大施加在试验件上的预载。

进一步地，预载施加单元包括第一磁体、第二磁体和磁力控制部，第一磁体设置在试验件上，预载控制单元通过磁力控制部控制第一磁体与第二磁体之间的磁力大小以对施加在试验件上的预载的大小进行控制。

进一步地，第一磁体和第二磁体均为电涡流面板，磁力控制部为电涡流发生器，电涡流发生器与电涡流面板连接，用于为电涡流面板提供电流，预载控制单元通过控制电涡流发生器提供的电流的大小来控制电涡流面板之间的磁力大小。