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。

空间折展结构热响应研究现状与展望

中国航天正面向世界科技前沿和国家重大战略需求飞速前进,航天事业已成为我国整体发展战略的重要组成部分。近年来,随着航天核心技术的逐渐提升和突破,高精度、大尺度和轻量化的新型空间折展结构逐渐得到广泛应用,然而,其柔性大、刚度小,尤其是受空间极端环境显著影响等问题也备受关注。例如,空间折展结构中的典型应用——空间可展开天线,该新型结构作为航天和国防领域传递与获取信息的核心装备,在轨服役期间受空间热交变环境影响,其形面精度和网面稳定性问题凸显,甚至干扰航天器及其附件在轨工作姿态,从而导致航天器失效。为满足应用需求,文中归纳总结了伸展臂、太阳翼及可展开天线等空间折展结构的热致变形和热致振动等热响应研究进展。基于研究现状,从热-结构耦合情况、非线性因素、新型结构组合、结构连接及热控措施优化等方面展望空间折展结构热响应研究发展趋势,为我国空间折展结构的优化设计和防护方案提供理论依据及应用参考。

辐射肋式空间可展开天线机构设计与分析

可展开天线机构是网面可展开天线的关键组成部分,对天线展开后结构的稳定性和刚度具有重要影响。针对空间可展开天线大型化、高收纳率、高精度化发展趋势,设计了一种辐射肋式空间可展开天线机构新构型。首先,开展了天线整体结构设计,根据结构组成进行尺寸计算并建立了结构的三维模型;然后,采用数值仿真软件开展了机构运动学仿真研究,并分析了运动的变化规律;最后,建立了有限元模型,开展了结构模态分析。研究结果表明,所提出的机构能够实现由收拢至展开的运动变化,展开过程中机构具有良好的同步性,构件间无干涉,验证了结构方案及原理的正确性和可行性。研究结果对于空间可展开天线基础理论及工程应用等具有较高的参考价值。

八点弹性不均匀支承的类椭圆形弦支穹顶结构设计与分析研究

随着结构造型及功能的日益复杂,异形壳面、不均匀弹性支承、荷载不均匀分布等复杂条件下弦支穹顶结构的设计是一个值得深入研究的问题。以大沙河文体中心项目会议厅八点弹性不均匀支承异形壳面屋盖为例,采用肋环型单层网壳+Giger型索系组成的类椭圆形弦支穹顶,剖析其结构设计思路及特点,对其弹性支承条件的影响进行对比研究,并结合基于刚性索法和改进PGSA算法的预应力优化方法,对不同布索形式下的弦支穹顶结构进行静力及稳定性能的对比分析。研究表明,弹性不均匀支承条件对弦支穹顶结构的变形、索力分布、单元应力均有较大影响,结构计算分析中需充分考虑其影响;在最终被采用的撑杆杆底等标高的布索形式下,结构受力及变形分布更为均匀,静力及稳定性能相对较好,且有效避免了双向弯曲对环向索索体的不利影响。

充分采动阶段覆岩多层空间结构支承压力研究

将采场上方直至地表的岩层视为采场上方的覆岩空间结构,基于微地震定位监测,圈定采场覆岩多层空间结构的范围,研究覆岩空间结构岩层运动发展规律,建立覆岩空间结构走向支承压力模型;利用力学方法,得到走向支承压力计算公式;利用上述计算方法,研究了新汶矿业集团华丰煤矿1410工作面走向超前支承压力分布规律,并与现场微地震监测结果进行了对比分析.研究表明:上述方法适用于深部采场岩层运动范围扩展后的充分采动阶段采场走向支承压力的估算和预测.

基于微地震监测的覆岩多层空间结构倾向支承压力研究

随着开采深度的不断增加,矿山动力灾害日趋严重,采场周围岩(煤)体变形失稳是顶底板突水、煤与瓦斯突出、冲击地压(岩爆)等矿山动力灾害发生的根本原因,而岩层运动范围扩展后深部采场的采动应力场分布规律研究是解决上述问题的理论基础。将采场上方直至地表的岩层视为采场上方的覆岩空间结构,基于微地震监测结果,针对倾斜煤层,圈定采场覆岩多层空间结构的范围,研究覆岩空间结构岩层运动发展规律,并建立覆岩空间结构下的采场倾向支承压力计算模型。利用力学方法,针对倾斜煤层研究倾向支承压力的动态分布规律和计算方法,得到了倾向支承压力的计算公式;利用上述计算方法,研究了华丰矿1410工作面倾向支承压力分布规律,并与现场1410工作面微地震监测结果所揭示的倾向支承压力分布进行了对比分析。研究结果表明,上述方法适用于深部采场岩层运动范围扩展后的、倾斜煤层倾向支承压力的定量化估算和预测。

空间网格结构的支承问题的研究

本文结合工程实践中的边界支承实际情况，对空间网格结构的支承条件进行受力分析，并在此基础上利用位移协调、刚度等效的原则提出了与实际工程相符的数学模型，这将有利于空间网格结构优化程序的进一步完善，更好地为工程设计人员提供科学合理、经济实用的软件。

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。

空间充气展开天线初步研究

结合3.5 m充气天线地面样机的研制,分析了柔性充气展开天线的结构形式和材料特性,对充气天线结构仿真分析、形面精度测量技术、电性能测试等进行了初步探讨。该地面样机形面均方根误差小于2.5 mm,成功完成了充气展开试验和折叠试验,并具有电性能,为进一步进行空间柔性可展天线研制积累了经验。

叉筒网壳的建筑造型、结构形式与支承方式

圆柱面交贯是曲面造型的常用和有效手段，它利用圆柱面这种一般用来覆盖方形、长方形平面的单曲曲面，构造出以多边形为边界的空间，从而达到球面、椭圆抛物面等双曲曲面的空间效果。叉筒单元可方便地进行组合，能够创造出变换无穷的建筑造型。本文讨论了叉筒网壳的建筑造型方法和空间特点、结构布置形式、结构支承方式等方面的内容。

大型空间可展网状天线的形面分析

空间可展天线由索网和可展构架组成 ,形成索网抛物面形反射面。缚于构架上的索刚性很大 ,以避免因张拉而引起的索伸长 ,节点和索的数量满足静定条件。本文用蒙特卡罗模拟法计算作用力的大小和方向误差引起的表面敏感性 ,由结果可知构架式可展天线的曲面形状可通过改变索长来控制 ,能在不影响曲面上其它部分形状的条件下 。

考虑下部支承的空间双层柱面网壳强震响应规律及隔震研究

空间双层柱面网壳结构在实际工程中多用做屋顶结构,因此当地震发生时,网壳结构并不直接承受地震动作用,而是与下部支承结构共同承担。以往的研究通常将下部支承结构简化,导致对包含下部支承的整体结构强震响应规律缺乏足够认识。本文基于有限元软件ABAQUS对考虑下部支承的空间双层柱面网壳结构强震响应行为进行了大规模参数化分析,考察了不同的上部网壳结构参数对结构抗震性能的影响特点和规律。与此同时分析结果表明下部支承结构的动力放大效应是导致结构破坏的重要原因;不同的上部柱面网壳参数对结构强震响应具有明显的规律性。将新型三维隔震支座应用于不同参数结构中,总结了新型三维隔震支座在不同结构中的隔震特点和规律。结果表明,新型三维隔震支座在不同的空间柱面网壳结构中均具有普遍的隔震效果。

大型蓄水罐幕墙支承结构设计

国家会展中心(上海)配套的能源中心立面改造工程,是首届中国进口博览会提升工程的一部分,其两座蓄水罐外侧需设置幕墙,因此需要设置为幕墙立面提供的支承结构。提出定量评价支承结构空间作用的两个指标:基于倾覆力矩和基于顶点位移的空间作用指标。经方案比选分析,采用支撑棋盘式布置的钢框架支撑结构能较好地发挥空间作用。此外,对幕墙支承结构的后置基础方案,提出一种解决新老基础抗倾覆作用的抱箍节点。经有限元分析论证,新老基础共同工作受力合理,避免了大范围基础施工对周边环境的影响。

空间结构─—近十年来发展的回顾

过去，空间结构被认为是一种异常而非传统的结构，而现在却己被普遍地接受，成为一种既经济又美观的深受喜爱的结构。过去十年中运用计算机方面的进步，使空间结构在设计、稳定分析以及塑性性能等方面都有了很大的变化。大多在玻璃纤维布上涂以聚合物的膜结构已有了显著的发展，并在崭新的气支承和充气结构方面给建筑师们提供了巨大的潜力。在近年来建成的空间结构中有多伦多可缩进的天空穹顶（ＳｋｙＤｏｍｅ），世界上最大的可缩进钢结构福冈穹顶（ＦｕｋｏｋａＤｏｍｅ，ｌ９９３年）以及巴塞罗那奥林匹克体育馆（１９９２年）。尽管这些都是钢结构，但木结构也得到了广泛的采用，如大阪９０年博览会中的木网状穹顶。所有这些足以证明，空间结构特别是轻型结构的设计方面正在迅猛地发展。

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。

大型可展开的空间天线

法国宇航公司正在研制一种未来通信卫星用的可在空间展开的大型天线,这将使通信卫星能够为小型移动式地面接收站提供中继服务。该公司设计的天体反射体直径为10米,在卫星发射过程中是收拢的,一旦卫星进入轨道,它就会全部展开。法国宇航公司目前正在研制的这种天线是根据与法国空间研究中心签署的一项合同而进行的。天线采用可展开的构架型结构作为主要支承件,把镀金钼皮切割成块后缝合起来,做成反射面。这种天线可以与频半为1千兆的偏置馈电器一起工作。这种结构可以用在象加拿大 M-

双层柱面网壳及其支承结构的位移控制

本文结合工程实例对网壳结构在无水平拉杆时，并且支承结构抗侧移刚度较差的情况下位移控制及受力特性进行了分析讨论。阐述了网壳及其支承结构协调工作，整体空间受力特点，验证了实际工程应用的可行性。

多遇地震下空间结构的扭转效应分析

以混凝土框架支承的空间结构为研究对象,系统地研究了该类组合结构在多遇地震一致激励下的扭转耦联效应问题。针对空间结构的扭转形式及特点,以反应谱法和位能加权平均法为基础,提出了解决此类问题的力学分析模型—柔度层模型和计算方法,并通过案例分析,验证了该方法的正确性和可行性。结果表明:下部结构存在或不存在扭转,空间结构的平移位移的变化趋势基本相同,但是下部结构体系的扭转会对空间结构水平侧向位移产生了较大影响,大约提高10%左右。目前,国内外对空间结构的扭转现象分析较少,很多相关的问题有待深入研究。

空间网格结构优化设计程序中边界约束条件的分析研究

结合工程实践中的边界支承实际情况和科学合理利用空间网格结构的几何对称性特点 ,对几种空间网格结构的边界约束条件进行理论分析 ,并在此基础上提出了与工程实际相符的数学模型 ,以便于在空间网格结构优化程序中计算简化和保证结果的准确性 .

有碴轨道结构空间振动分析

随着列车走行速度的提高和轴重的增加,普通有碴轨道频繁发生病害,导致养护维修费用大幅攀升。采用弹性支承交叉梁系模型,利用有限元法,求得了有碴轨道结构自振频率及其在自由轮对作用下的谐振响应,从振动理论上解释普通有碴轨道结构频繁破坏的原因。