充气薄膜褶皱分析的高效互补有限元列式

褶皱变形是柔性薄膜结构的一种常见的失稳模式,其数值模拟具有挑战性。基于连续体和张力场理论,提出了一种适用于充气薄膜结构褶皱分析的互补共旋有限元方法。采用共旋坐标法,将物体的大变形分解为结构整体坐标系下的刚体运动和单元局部坐标系下小应变变形,推导了一个空间三节点三角形膜单元的切线刚度矩阵。该刚度矩阵包含材料刚度、旋转刚度和平衡投影刚度矩阵三个部分,涵盖了随动载荷对单元刚度的影响。在单元局部坐标系下,依据双模量材料本构关系构造了一个褶皱模型,能够判断单元处于“张紧”“褶皱”或“松弛”状态。进一步通过建立等价的线性互补问题,消除了迭代求解过程中的内力振荡,改善了算法的稳定性。数值算例表明:该文方法能够准确地预测充气薄膜结构的位移、应力以及褶皱区域。较之已有的“拟动态”和“惩罚”方法,该方法不需要引入额外的求解技术来保证收敛,具有良好的稳定性。     

空间增阻薄膜结构研究进展及关键技术

概述空间碎片的严峻形势和碎片减缓领域未来趋势,梳理国内外小卫星星座计划,介绍卫星离轨规范问题最新进展;提出空间增阻薄膜结构技术因成本低、技术成熟度高,对不同规格低轨道类航天器具有很好适用性,最易于推广应用于空间碎片减缓;对空间增阻薄膜结构技术国内外发展现状进行梳理,并提出空间增阻薄膜结构主要关键技术,对增阻薄膜结构构型设计技术、长寿命材料技术、折叠展开技术和低成本设计技术等进行分析。分析表明,未来星座计划迅速发展将进一步加剧空间碎片严峻形势;现有的碎片减缓规则不能满足要求,新的规则将很快推出,对增阻离轨薄膜结构技术提出了迫切需求;目前空间增阻薄膜结构的主要关键技术都取得了突破,并已完成搭载验证,具备用于卫星离轨的条件。