大型桁架展开机构热控涂层设计和热变形分析

为控制大型桁架展开机构在低地轨道(Low Earth Orbit,LEO)上的热变形,建立相应的热分析有限元模型,提出3种热控涂层备选方案.根据不同方案计算出机构在LEO上运行4个周期的瞬态温度场,并以最后一个周期的瞬态温度场为基础计算机构的热变形.对热变形的结果进行比较,选取变形值最小的热控涂层方案进行优化,使3根主梁的温差达到最小,从而有效控制桁架展开机构的热变形.     

SMA在星载天线上的热变形控制研究

为了保证星载大型可展开桁架天线在轨运行时能可靠的工作,就必须对其进行在轨热变形控制.通过使用ANSYS软件对可展开天线加入NiNi形状记忆合金丝且在轨道的不同位置点的情况进行了计算,得出了天线反射面的均方根误差.通过研究可以发现,在周边桁架天线中嵌入SMA后减小了天线反射面的均方根误差,从而达到了保证天线型面精度的目的.     

星载环境充气可展开天线硬化技术研究

在轨空间充气天线硬化对于天线保形、抵御空间碎片影响具有重要意义。对充气可展开天线硬化材料、硬化技术等进行了分析和设计,并对铝箔/塑料薄膜材料进行了详细的硬化力学分析,计算结果表明铝箔Mylar硬化技术是充气可展开抛物面天线硬化的有效手段。     

星载天线热分析系统研究与开发

为了保证星载天线能在太空热辐射环境正常工作,针对星载天线在轨工作的特征,阐述了热分析技术在星载天线设计工作中的重要性,通过对星载设备热分析方法的研究,分析了常用热分析软件在空间热分析方面的功能和技术特点,提出了星载天线热分析的方法和基本步骤。该方法已在星载可展开天线热分析软件开发中得到应用。     

航天器大型空间桁架结构变形监测方法研究

大型空间桁架结构在航天器上有着广泛的应用;由于其具有质量轻、刚度低、阻尼小等特点,在受到扰动时可能发生振动和变形,影响载荷的正常工作甚至危害航天器的安全;以大型空间桁架的整体结构作为研究对象,对桁架结构的变形监测方法进行了研究;基于逆有限元提出了一种适用于桁架结构的变形监测方法,该方法以传感器测得的结构应变为基础重构桁架结构的变形;利用有限元仿真对该方法进行了验证,同时研究了在应变值存在误差的情况下形变重构的精度;结果表明,在应变值具有±5%的随机噪声时结构形变重构的误差优于±3%;该方法有较高的变形重构精度,对于航天器桁架结构的变形监测有重要的指导意义。     

星载天线在轨温度场的影响参数分析

为了保证星载天线在轨运行时有较高的热稳定性,就必须对其进行空间环境下的热温度场影响因素分析.通过改变不同的热物理性能参数分别计算温度场,得出在物性参数中影响最大的因素.然后结合工程实际,以铝蜂窝作为天线材料,分别添加不同的热控涂层,最后得出最适合铝蜂窝的涂层,对工程实际具有一定的指导意义.     

剪叉式过约束双环桁架可展天线机构的构型设计与自由度分析

基于过约束剪叉机构单元,构造了一种剪叉式过约束双环桁架可展天线机构作为星载天线支撑机构.首先,分析了剪叉式过约束双层环形桁架机构的构型机理及过约束特征,并对整体桁架机构进行了单元划分;考虑节点连接件的尺寸,推导出了此剪叉式过约束双环桁架机构的组环几何条件.然后,将双层环形桁架机构进行单元分解,基于图论和螺旋理论绘制了分解后机构单元的旋量约束拓扑图,进而分析了闭环可展开机构单元和整体双层环形桁架机构的自由度,结果表明,双层环形桁架机构的自由度和闭环可展开机构单元的自由度数相同,均只有1个自由度.最后建立了双层环形桁架可展开天线机构的仿真模型,模拟了整个机构的展开过程,验证了整体的可展性.该剪叉式过约束双环桁架可展天线机构所含运动副均为转动副,且整个机构仅具有单个自由度,运动形式简单.     

滚珠丝杠副热变形计算分析及可视化

以传热学原理为基础,探讨温升对滚珠丝杠副的影响。首先确定热流密度系数及对流换热系数,然后借助有限元分析软件ANSYS,建立滚珠丝杠副的有限元模型,计算求解温度场及热变形。仿真云图显示：滚珠丝杠以1350r/min旋转时,其温升达到3.8℃,引起8.32m的热变形。     

1:1内共振环形桁架天线的稳定性分析

复杂的太空环境易导致环形桁架天线产生大幅非线性振动,严重影响天线的稳定性和结构性能.在大幅的非线性振动中不同模态之间的能量可以相互传递和转换,将引起天线产生内振动.因此内共振在天线的大幅振动中起着重要的作用.本文所研究的环形桁架天线被简化成等效圆柱壳模型,建立其非线性动力学方程.根据有限元模态分析,得出环形桁架天线第四阶模态和第五阶模态的振动频率接近1:1.所以本文利用理论分析和数值计算研究1:1内共振情形下环形桁架天线的局部动力学性质.即系统受到小扰动后平衡点的稳定性.详细研究了两种不同形式下的平衡点的稳定性,即系统特征根为双零和两个负数时的稳定性以及系统特征根为双零和一对纯虚复数时的稳定性.利用中心流形理论、非线性变换、Routh-Hurwitz判据得到平衡点的稳定区域、不稳定区域和临界分岔曲线.最后通过数值模拟验证理论分析.     

空间充气展开天线支撑结构尺寸优化

为优化充气展开天线支撑结构,采用四边形四节点薄壳单元建立充气支撑管和支撑圆环的有限元分析模型.利用ANSYS软件,首先计算内压作用下结构的应力和固有频率,然后依次采用0阶和1阶优化算法对结构尺寸进行参数优化,有效地降低结构整体质量.该尺寸优化可以大大缩短设计周期,提高设计水平.     

大型空间环型天线结构动力学分析

本文对大型空间环型天线结构振动的基本形式进行研究,选择边界条件为伸展臂与桁架结构连接面的固定约束.网格划分采用四面体单元与六面体单元结合的方法,杆件体结构规则采用六面体单元格,刚性连接处由于结构复杂采用四面体单元格.前四阶模态分析结果表明天线存在扭转振动、弯曲振动、横摇振动、呼吸振动等四种基本振动形式.研究了材料参数和边界条件的选取对振动模态和固有频率的影响.所得结果能为结构非线性动力学分析中模态函数选取和共振形式的分析提供重要参考.施加简谐激励研究大型空间环型天线稳态受迫振动响应,该结果对于预测结构的动力学特性以及避免共振具有重要的指导意义.     

大型索网天线结构在轨变形分析及软件研发

针对大型索网天线结构分析存在拉索单元抗拉不抗压引起的本构非线性和大变形引起的几何非线性等难点,基于参变量变分原理和非线性有限元法,开发大型索网天线结构在轨变形分析与预测软件LFAS,实现周边桁架式索网天线结构的参数化建模、静力分析、动力分析以及找形分析等功能;该软件按模块化设计,可以方便地扩展其他功能模块.数值算例表明：LFAS具有更高的收敛性和精度,特别适合大型索网天线结构的高精度分析和控制.     

Dynamics of satellite with deployable rigid solar arrays

This research is concerned with the dynamic modeling of satellite with deployable solar arrays equipped with strain energy hinges (SEH). The SEH is a new deployment device consisting of a strip tape measure, which utilizes the buckling behavior of a thin curved shell to produce nonlinear dynamic characteristics during deployment of solar arrays. For dynamic simulation, the SEH is assumed to be a massless-nonlinear elastic member and the solar panels are assumed to be rigid bodies which are connected by the SEHs. The planar deployment is of interest in this study since the deployment of solar arrays mainly occurs in a two-dimensional plane. In deriving the equations of motion, we developed a new systematic approach suitable for the simulation of solar array deployment in space. The simulation results were compared to the ground experimental results obtained at the laboratory of Korea Aerospace Research Institute. In the ground experiments, the hub of the solar arrays was attached to the frictionless rotational bearing, and the solar arrays were hanged by bungee cables. Even though the dynamic model was derived for the space deployment of the solar arrays, the simulation result corresponding to the solar array deployment was similar to the ground experimental results thus validating the simulation model developed in this paper.     

考虑间隙运动副的桁架单胞等效建模与分析

本文主要研究了含间隙运动副桁架单胞的等效建模方法.主要考虑了桁架单胞的等效刚度问题以及阻尼问题.首先从间隙铰链开始研究,提出全面的铰链模型;其次提出用位移法将桁架单胞等效成板,即把桁架单胞看成是由梁元组成的钢架结构,运用平面钢架位移法得出桁架单胞的等效刚度矩阵,进而得出结构的整体固有频率和等效后的板的刚度矩阵.最后用有限元软件ANSYS对单胞结构在不同边界条件下进行了模态分析,将在自由边界条件下的固有频率和解析得出的频率做了对比,发现二者有很好的吻合度.结果表明由于间隙运动副的存在,使得桁架单胞结构的刚度降低,柔性增强.     

Elastic-plastic large deformation analysis of soil slopes

A complete finite-element stress analysis regarding the static response of a homogeneous vertical slope throughout the entire range of loading up to ultimate load is presented. Soil is modelled as a linear elastic-perfectly plastic material with the Drucker-Prager yield condition and its associated flow rule. Emphasis has been put on the effect of large soil deformation on the solutions.

It was found that (1) large deformation analysis is required for any progressive failure solutions of slopes; (2) bulging or progressive loss of ground along the vertical cut is the actual mode of failure for a vertical slope; (3) the velocity field near the limit load shows both “discontinuity” and “slip” along a well defined surface which corresponds to a log-spiral shape; and (4) comparison of properly defined limit or collapse load between finite-element solutions and limit analysis solutions shows an excellent agreement.     

反应堆堆芯围筒结构热流固耦合热变形分析

针对反应堆堆芯围筒热流固耦合问题,采用三维有限元法研究堆芯围筒的热变形.考察ANSYS的三维实体热单元SOLID 70,三维实体单元SOLID 45,三维表面热效应单元SURF 152和三维热-流耦合管单元FLUID 116等单元类型的特点和实用性.建立堆芯围筒、吊篮和冷却剂的温度分析有限元模型：堆芯围筒和吊篮采用SOLID 70,结构表面与冷却剂的对流传热表面采用SURF152,堆芯围筒与吊篮之间冷却剂采用FLUID 116.采用SOLID 45建立堆芯围筒有限元模型,根据得到的堆芯围筒、吊篮和冷却剂的温度场结果分析堆芯围筒热变形.结果表明,在考虑堆芯围筒及吊篮固体和流体的交叉耦合的基础上,采用三维有限元法能比较客观地模拟反应堆堆芯处的复杂运行环境.