空间碎片充气展开防护结构的模态分析

为解决目前机械式展开防护屏存在的固有问题,提出了一种新型可充气展开防护结构,并研究了该充气展开防护结构的动力学特性.对充气展开防护结构频率的影响因素进行了理论分析,通过有限元软件ANSYS进行了防护结构的模态分析,并研究了支撑管结构参数对防护结构动态特性的影响,得到了充气管直径以及充气管壁厚度等尺寸参数对充气结构模态的影响规律.分析结果表明,理论分析与模拟结果相一致,并且充气支撑管的直径和厚度对防护结构的模态有着重要影响.     

充气平面天线结构展开过程仿真分析

针对平面天线的充气支撑管,提出了一种分段式充气控制体积方法.在LS-DYNA软件基础上,模拟了Z形折叠充气平面天线结构在无重力环境下的充气展开;分析了该过程中充气支撑管的每个折叠段的体积和内部压力变化、上横梁的动力学特征、以及展开后反射面褶皱情况等;并研制了样机.结果表明本文计算能够很好地模拟充气平面天线结构的展开全过程,可为空间展开预报提供依据.     

空间充气展开支撑管的自振特性研究

为了掌握充气支撑管的自振特性,本文基于小变形假定分析了充气圆管的应力分布,并基于ANSYS软件对充气圆管的自振特性进行了深入的研究.分析表明,几何非线性对于结构的振动特性影响不大;充气压力对于固有频率的影响与材料属性相关;充气管的结构形式及初始缺陷对振动特性产生一定的影响,接缝的存在降低了结构的固有频率;同时在充气管的振动模态中,存在着整体的弯曲模态和局部的壳模态形式.小变形假定适合充气管的动态分析,其自振特性与材料属性、结构形式、充气压力及接缝等因素有关.     

空间充气天线反射器受冲击气体质量损失分析

为了获得空间粒子撞击对结构性能的影响规律,开展了对某型号空间充气展开天线反射器受空间粒子冲击作用下的内部气体质量损失和内部充气压力变化的分析.结果表明:气体质量损失与时间呈平方递增关系,且随入射粒子的直径以及内部充气压力的增加而增加.消除反射面薄膜褶皱的最优内部充气压力为12 Pa.薄膜材料的充气圆环内部充气压力至少要达到16.8 kPa.分析结果为空间充气展开天线反射器表面精度控制提供依据.     

充气薄膜结构的SMS展开分析方法

为有效分析充气薄膜结构的展开,提出基于能量原理分析充气薄膜结构展开的SMS方法,即弹簧-质点系统方法.对卷曲折叠充气直管采用SMS方法进行数值模拟,并与实验结果进行对比分析,发现其结果吻合良好,验证了这种方法的正确性.运用SMS方法分析不同充气速率对卷曲折叠充气管展开过程的影响以及充气圆环管和充气膜面的展开过程及动力性能.与传统的有限元方法比较,SMS方法建模简单,思路清晰,数值稳定性好.     

充气可展开天线的反射面设计及精度测量

为实现高精度的充气可展开天线反射面，基于薄膜理论和弹性力学进行保形设计，在已知充气气压和变形后抛物面参数条件下求得充气变形前的形面.基于变形前的无应力形面进行裁剪设计，利用改进的弹簧质点系统展开曲面片，将裁剪片拼接得到高精度的充气反射面.将该方法运用于2 m口径反射面模型的研制，利用PhotoModeler软件建立非接触摄像测量系统，进行3种实验姿态下的测量实验.通过反复的测量和形面调整，在指平姿态下反射面的最终精度为1.83 mm，验证了高精度充气薄膜反射面的可实现性.     

双层环形可展开天线机构设计与力学分析

为解决超大口径可展开天线机构的轻量化、高刚度设计问题,提出一种由弹性铰链驱动的双层环形可展开天线机构.建立天线结构的静力学分析模型,得出结构中杆件与拉索的相互影响关系,推导出对角拉索预紧力的取值范围.基于建立的双层环形可展开天线结构动力学分析模型,对比分析前6阶振动频率及其相应的模态振型,与无拉索相比,通过对角斜拉索刚化可以将结构刚度提高1.2倍.分析结构参数对结构振动频率的影响规律,基于振动频率影响因素的灵敏度分析,得出增加双层环形可展开天线机构中的横杆截面面积和斜拉索的截面积,减小纵杆截面面积是提高双层天线结构振动频率的有效措施.     

星载可展开天线的展开动力学研究

针对星载可展开天线柔性较大的特点,综合考虑天线的分布参数、集中参数及摩擦力等因素对系统动特性的影响。在严格按照运动学合成原理的基础上,采用有限元法与拉格朗日方程建立了可展开天线的运动微分方程。并求得了某星载可展开天线的展开动力响应,讨论了此天线动力分析中的若干关键问题。     

充气太空管展开模拟

为深入了解充气太空管的展开动力学性能,进行了充气太空管的展开模拟研究。建立了管的多体理论模型,并应用Wang和Johnson的有限元分析结果,在多体模型中考虑了不断变化的管结构形状以及内部气压的影响。通过模拟得到了充气管在展开过程中的展开角度、展开速度以及加速度随时间的变化关系。结果表明,充气太空管展开时的速度先增大后减小;展开过程中存在展开加速度的波动,而且充气速率越大,波动越明显。通过与已发表的研究结果的对比,验证了模拟的有效性。     

充气太空结构及其展开模拟研究

充气太空结构是以柔性薄膜材料制造的可充气展开的一种新型太空结构．与传统太空结构相比,应用充气结构技术的太空结构不仅更大,而且具有发射体积小、重量轻、造价低的特点．介绍了相关的研究进展和应用前景,总结了涉及充气太空结构的主要关键技术,并利用多体理论模型对充气太空管的展开过程进行了初步模拟,得到了展开过程中的展开速度和加速度随时间的变化关系．通过与已发表的试验结果进行对比。验证了模拟的有效性．     

新型陆基充气球天线力学分析与测试

为了实现适用于应急通讯的天线系统,研究一种新型充气球天线结构.充气天线包括充气球,抛物反射面,固定索和馈源,通过调节上下球体气压差形成抛物反射面,天线系统能够在较短时间内展开成工作状态.通过自编程序设计一个1.35 m口径的抛物面天线,并进行静、动力学分析,研制相应的原理样机,研究气压差对反射面变形的影响以及在气压差一定的情况下气压对结构动力性能的影响.基于PhotoModeler Pro.5测量软件对充气展开后的形面精度进行测试,实验证明能够达到理想的精度,采用非接触视频测量方法测量结构一阶振动频率,结果表明,理论与实验结果吻合的比较好,可以为充气天线的设计制作提供指导.     

充气天线初始构形的确定

充气天线的反射面是由柔性薄膜材料拼接而成的,针对其初始构形难以确定的问题,提出了反算法.首先利用公式计算出最优充气压力,对设计构形施加此压力,然后通过反算法得到初始构形,重复上述过程直到满足误差要求.算例结果表明:由此方法确定的初始构形在充气到给定压力后,与设计曲面的均方根误差满足天线结构设计允许的误差要求,从而能够满足天线电性能的要求.     

Analysis of effect of pressure on surface accuracy for inflatable antenna

Pressure is one of the important measures to control the surface accuracy of the reflector of inflatable antenna. Experiments and numerical analysis were carried out to highlight the effect of pressure on accuracy. The rapid, contactless and low-cost digital photogrammetry system （DIES） was employed to investigate the effect according to its lightweight and flexible characteristics. Measurement data show that the best pressure and the best area in this pressure can be obtained. Numerical analysis was conducted to check the measurement result. It is indicated that there is a little difference between them attributed to wrinkle. Results of analysis and experiments show that surface accuracy of the reflector can be adjusted by controlling pressure.     

纤维预浸织物管充气展开分析

针对纤维预浸织物管在充气展开过程中的力学特性,本文提出了一种各向同性剪切模型,用于描述在充气压力作用下预浸织物的剪切行为变化,并利用该模型结合有限元法模拟了折叠管的充气展开过程,结果表明,剪切特性对纤维预浸织物管的充气展开过程有明显的影响.     

充气式索膜结构的找形分析

充气膜结构本身需要通过压差作用才能形成完整的结构,从而具备一定的刚度来支撑自重和外载荷.为加强结构的承载能力,通常会增设强度更大的索结构进行调整. 对于充气式索膜结构,找形分析在形状设计和优化中具有十分重要的作用,而压差对结构的形态分布有显著的影响,是找形分析中的重要因素. 针对充气式索膜结构受压差作用的特点,基于非线性有限元找形方法,提出压差预置法的概念,并且与节点平衡法相结合来实现优化.在此基础上,针对飞艇索膜结构的具体设计要求,提出了多目标优化的找形分析方案,先结合使用压差预置法和节点平衡法,寻找出满足索和膜结构的应力比值的几何外形;然后,通过等比例缩放的方法调整大小,最终得出满足设计体积大小的几何形状. 结果表明,采用该方法找形后的索的应力为找形前的2倍,更加充分的发挥了增强索的承载作用,同时,膜的最大应力有所降低,应力分布更加均匀,整体结构的承载能力得到了加强,对于解决实际工程问题具有重要的参考意义.