可展空间索杆结构展开过程的仿真计算

基于柔性多体系统动力学理论,推导了可展空间索杆结构的运动学与动力学方程。同时考虑了展开过程中的刚体机构运动与弹性变形以及两者的耦合效应,反映了索的只拉特性,计算展开全过程中的运动轨迹与静定平衡位置。利用仿真软件系统进行了帐篷形索网结构的提升与攀达索穹顶展开的仿真计算。

关于可展空间的完备原象

本文证明:一个空间X是一个T_1可展空间的拟完备原象当且仅当X中存在开覆盖的核正规序列{n:n∈N},满足以下两个条件:(1)对每一x∈X,c(x)=st(x,n)是闭集,(2)如x_n∈st(x,n),n∈N,则{x_n}在c(x)中有聚点。此外,还指出T_1可展空间的完备原象具有如下的覆盖性质:它的每个定向开覆盖都有可剖的开加细。

关于sn-可展空间的一个注记

证明了一个空间是sn-可展空间当且仅当它是度量空间的强紧覆盖π-映象当且仅当它是度量空间的序列覆盖π-映象.

半可展空间的一个注记

证明拓扑空间Ｘ是点有限半可展空间的充分必要条件是Ｘ有一致基，从而实质上改进了Ａｌｅｘａｎｄｅｒ的几个定理。

刚性基体高应变复合材料在空间可展结构中的应用及发展

梳理了空间可展结构的分类及发展趋势,从铰接可展结构-带簧铰链、杆状可展结构、面状可展结构及体可展结构四个方面调研了刚性基体高应变复合材料在空间可展结构中的应用现状,从力学和黏弹性特性方面提出了其在可展结构中的应用优势及需要考虑的问题。高模量、低密度、低膨胀系数的刚性基体高应变复合材料是空间可展结构的应用方向,而刚性基体高应变复合材料可展结构的设计方法,以及将其用于大尺寸可展结构的低成本和高精度制造工艺仍有很大的探索空间。

变拓扑空间可展桁架多体系统动力学建模与分析

随着空间折叠式桁架可展长度的增大与结构的复杂化,对空间大型展开机构动力学分析的计算规模逐渐增大。为了减少系统的广义坐标个数,该研究取铰的相对坐标为系统的广义坐标,基于单向递推组集方法建立太空望远镜桁架展开过程的动力学模型。利用Jourdain速度变分原理建立了各柔性部件的动力学变分方程,根据各柔性部件之间的运动学递推关系,并引入切断铰的约束方程,建立了柔性多体系统的刚-柔耦合动力学方程。针对柔性部件展开锁定时容易出现的数值计算问题,提出了在缓冲减速的基础上施加相对角约束的变拓扑方法。基于动力学模型对11节桁架单元的太空望远镜桁架展开过程进行数值仿真。为了进一步缩减计算规模,根据系统结构的对称性和纵向载荷分布的均匀性,将多个桁架和主镜组成的多体系统简化为单个桁架与主镜的一部分组成的系统进行数值仿真。将单个桁架系统展开过程的数值仿真结果与多个桁架系统的仿真结果进行对比,验证了简化动力学模型的准确性和有效性。在此基础上进一步对30节桁架单元的桁架展开过程进行数值仿真,通过对比柔性桁架与刚性桁架在展开和碰撞锁定过程中仿真结果的差异,分析了弹性变形对系统动力学特性的影响。

空间可展机构非光滑力学模型和动力学研究

空间可展机构广泛应用于展开和支撑柔性太阳能帆板和航天工程领域中的有效载荷,包括抛物面天线、平面相控阵雷达和合成孔径雷达等.非光滑特性及其相应的动力学现象在空间可展机构的设计中有着非常重要的作用.该文系统地综述了空间可展机构非光滑力学建模与非线性动力学的研究进展.首先详细描述了含间隙铰链的接触碰撞力和摩擦力等非光滑特点;然后系统地介绍了含间隙机构的动力学建模方法、分析方法和参数设计;进一步简单介绍了含间隙铰链空间可展机构的非线性动力学特性,如谐波共振、周期运动的稳定性和各类分岔等;最后提出了空间可展机构非光滑动力系统动力学、稳定性与控制中亟待解决的若干问题.

空间可展桁架结构动力学分析

采用广义逆矩阵方法分析空间可展桁架结构的运动过程.以笛卡尔坐标系下节点的自然坐标为未知量,建立桁架结构展开过程的动力学基本方程,将约束方程嵌入动力学方程,导出一组不含乘子且方程数目等于结构自由度数的动力学方程.采用主动校正法对数值分析的约束违约进行了修正.提出了一种切实有效的数学算法构造了约束方程及其雅可比矩阵,实时地模拟了结构收纳过程的约束条件.自行编制的仿真程序算例证明了该分析方法的正确性.

空间可展结构非线性动力学特性实验研究

由于可展结构在运动过程中的时变性 ,特别是干扰所引起的非线性动力学特性 ,涉及许多深层次尚在探讨的动力学问题。为了考察间隙非线性对系统动力学性能的影响 ,本文对空间可展结构进行了动力学实验研究。实验结果表明理想结构与实际结构存在较大差异 ,铰接间隙等非理想机械因素导致系统复杂的非线性动力学行为 。

空间充气可展抛物面天线反射面设计与精度分析

空间充气可展抛物面天线由于其显著的优点正得到日益广泛的研发关注.该文提出了基于理想抛物面逆向分瓣裁切粘合成形的反射面设计法,分析了引入形面误差的因素,给出了形面误差参数定义,研究了反射面分瓣数、裁切逼近方式和数值网格划分等对形面误差的影响.分析了微重力、放置方式对形面精度的影响.论文所研究的内容对空间充气可展天线设计研究具有参考价值.

空间可展结构能量节点的设计和动力分析

设计了一种用于空间可展抛物面天线的能量节点机构 ,并分析其展开机理 ,对杆件及其端部的扭簧组成的宏单元的缩减刚度矩阵进行了讨论 .结果表明 ,在结构体系中设置能量节点可显著改善结构的共振性能 ,证明该设计是可靠。

大口径模块化空间可展天线支承结构撞击动力响应研究

空间可展天线在轨运行时可能会受到空间碎片的高速撞击,为研究天线支承结构受高速撞击时的动力响应特性,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了大口径模块化空间可展天线支承结构撞击动力模型。基于已有网壳结构的高速撞击试验,验证撞击模型的有效性。经与显式动力模型计算结果对比验证,提出了一种有效的撞击动力分析等效模型,分析了不同撞击位置和不同撞击速度参数对天线支承结构的撞击动态响应、破坏模式及关键杆件和整体结构变形性能的影响。结果表明:撞击点越靠近结构形心,撞击影响区域越大;高速撞击时破坏模式均为撞击区域小局部凹陷或击穿,结构整体稳定性较好;天线结构的最大变形通常发生在撞击点处,最不利撞击点为离约束最远端结构边缘,应对该处采取安全防护措施;随着撞击速度由高速增至超高速,撞击点处结构整体变形增大,但撞击响应区域呈先增大后减小趋势;撞击速度20 km/s时被撞击杆件快速发生冲剪破坏,整体结构变形区域最小。

新型空间可展单簧片结构屈曲分析

簧片结构作为新型空间可展铰链的核心部件,其典型的失效形式就是屈曲以及屈曲引起的各种损伤破坏。本文以新型空间可展单簧片结构为研究对象,基于ABAQUS软件分析平台,引入改进的弧长法进行非线性有限元分析,研究了簧片两端分别受纯弯曲和轴向压缩载荷作用下的屈曲行为。研究中考虑了初始几何缺陷和载荷偏心对结构稳定性及承载能力的影响。结果表明,引入初始几何缺陷后结构临界屈曲载荷明显下降,缺陷因子越大,计算得到的临界屈曲载荷越小,后屈曲承载能力越小。此外,载荷正向偏心时,随偏心量增加,临界屈曲载荷先增大而后递减;载荷负向偏心时,偏心量越大,临界屈曲载荷越小。该研究对于提高新型空间可展结构的稳定性具有一定的参考价值。

织物复合材料空间可展桁架模态试验与分析

航天器正朝着大型化、轻量化和模块化的方向发展。由织物复合材料制成的空间可展桁架结构,作为航天器的组成结构有广泛的应用前景。以一个由织物复合材料制成的空间可展桁架结构为研究对象,开展了微重力环境下的模态试验和仿真分析。结构主要由空心圆管、三角形隔板和斜加劲索组成。模态试验采用气动-电磁悬挂系统实现结构重力卸载,模拟微重力环境。仿真分析中,空心圆管由织物复合材料构成,假设为正交各向异性材料结构;三角形隔板由铺层复合材料构成,假设为各向同性材料结构;考虑斜加劲索的预应力对结构刚度及斜加劲索自身有效弹性模量的影响。最终得到的仿真结果与试验对应关系良好,对大型预应力空间可展桁架研究具有参考价值。

利用结构等效转换的空间可展机构装配误差建模与灵敏度分析

为解决空间可展机构装配过程中无法对杆件进行精准定量调整的难题,针对杆件耦合与环约束复杂等特点,提出了一种空间可展机构装配误差建模与灵敏度分析的方法。首先,通过结构等效转换将空间可展机构分为两部分,并分别基于闭环矢量与虚位移法,推导出上述两部分的几何精度模型,然后利用线性叠加,建立了空间可展机构整体装配误差模型。在此基础上,运用偏微分法完成了空间可展机构误差灵敏度分析,实现了关键误差源识别。最后,以星载SAR卫星天线空间可展机构为数值算例进行了计算,结果表明:在杆长误差和铰链安装位置误差范围相同的情况下,单独调整支撑杆件能更好地满足装配精度要求,且星体连接杆尺寸误差对天线面板指向精度的影响尤为显著。

空间充气可展薄膜天线热-结构耦合分析

介绍了热-结构耦合分析原理,并建立了空间充气可展薄膜天线的分析模型。给出热荷载和基本假定,计算了出其在低地轨道(LEO)下运行2个周期的温度场及时间温度曲线。并以此为基础进行了空间充气可展薄膜天线的热应力和热变形分析。空间充气可展薄膜天线的最高温度56.5℃,最低温度-92.8℃,同一时刻最大温差达93.10℃,最大Von Mises应力为931 511 Pa,最大Y向变形为9.666 mm,最大Y向变形RMS值为1.792 mm。对空间充气可展薄膜天线研制具有参考价值。

空间可展结构复合材料薄壁圆管铰链多目标优化研究

复合材料薄壁圆管铰链在卫星天线、太阳翼等大型航天可展结构中具有广阔的应用前景,其结构参数设计极大地影响它在空间的工作性能。为提高复合材料薄壁圆管铰链的力学性能,首先建立复合材料卷尺弹簧的解析和有限元模型,分析其弯曲特性,进而建立复合材料薄壁圆管铰链的有限元模型并研究其折展和扭转特性,分析结构参数对铰链性能的影响规律。结果表明:增大开槽长宽比、减小铰链厚度直径比可以明显提高铰链的弯曲和扭转性能;选取铰链结构参数为设计变量,建立多目标优化数学模型,结合最优拉丁超立方试验设计方法,建立结构参数与铰链峰值弯矩、最大应力、扭转刚度之间的RBF神经网络代理模型,通过NSGA-Ⅱ遗传算法进行优化;优化结果表明:铰链的峰值弯矩提高44.8%,扭转刚度提高110%,同时质量下降20.4%,在提高复合材料薄壁圆管铰链力学性能的同时实现了轻量化,使得铰链机构的自驱动能力和自锁定能力有了全面的提高,为复合材料薄壁圆管铰链在空间可展开结构中的实际工程应用提供了理论依据。

空间可展天线索网反射面形面偏差分析

在航天领域,索网结构主要是用于支撑空间可展天线反射面以使其形成需要的曲面形状。索网结构直接影响着天线的工作性能,因此对其进行分析研究非常必要。为此,首先对空间可展天线上常用的四种索网结构(无环辐射状索网,有环辐射状索网,准地测索网,三向索网)的组成进行叙述,而后通过对单根索的受力变形关系分析,建立整个索网结构的受力与变形间的关系式;其次,利用力密度法建立索网结构的节点位置与索内力关系式,并利用优化方法获得各索段的内力;最后,根据索内力获得节点的位移,进一步求得各索网结构的形面偏差。通过形面偏差的计算结果表明:三向索网的形面偏差最小,其工作性能最好。

一种空间球形可展机构自顶向下设计方法

随着我国航天事业的飞速发展,航天器的功能日趋强大,由于空间飞行任务复杂性和多样性,空间可展机构将发挥着更加重要的作用,其关键技术的研究将具有更大的应用价值及现实意义。针对一种基于空间多面体的概念引申而出的空间球形可展机构,通过分析确定了其结构参数,进行了自顶向下设计及参数化建模,并进一步完成了球形可展机构构型设计系统与建模软件的无缝集成和二次开发,通过界面操作和后台运算,获取其构型设计模型结果。

空间可展剪式铰结构综述

空间可展结构是一种新型的工程结构,由于具备使用时可展开、不使用时可折叠收起或由部分刚体移动产生整体结构变形等特性,空间可展结构在临时性建筑及军工建筑中越来越得到重视,具有广泛的发展前景。文章从可展结构概念出发,简述可展结构在建筑工程中的发展历史;着重分析可展结构中的剪式铰单元结构的形成机理;对剪式铰可展结构进行分类;并总结几种空间可展剪式铰结构的几何外形;最后归纳了可展结构的发展前景和亟待解决的问题。