弦支组合网架结构静力与自振特性分析

根据张弦梁结构的思想提出由组合网架和索通过支杆相连而形成的预应力结构即弦支组合网架结构。建立一弦支组合网架结构的计算模型,利用ANSYS有限元软件分析结构在不同预应力作用下的静力和自振特性。得知预应力能够较为明显的改善结构位移和杆件内力,即索内初始预应力越大,结构位移和杆件内力越小;改变预应力对结构的自振特性几乎没有影响。     

弦支组合网架结构可靠度分析

根据张弦梁结构的思想提出由组合网架和索通过支杆相连而形成的预应力结构即弦支组合网架结构。建立一弦支组合网架结构的计算模型,利用ANSYS有限元软件分析结构基于位移性能下的正常使用极限可靠度。经软件分析得出在所给几何尺寸、材料特性、预应力、恒荷载以及活荷载等随机变量作用下,结构基于位移正常使用极限状态下的可靠度是良好的;对结构位移影响最大的变量是预应力,影响最小的变量是混凝土板肋的截面尺寸;可靠度为95%的结构最大位移值是60mm。     

弦支组合网架结构可靠度分析

根据张弦梁结构的思想提出由组合网架和索通过支杆相连而形成的预应力结构即弦支组合网架结构。建立一弦支组合网架结构的计算模型,利用ANSYS有限元软件分析结构基于位移性能下的正常使用极限可靠度。经软件分析得出在所给几何尺寸、材料特性、预应力、恒荷载以及活荷载等随机变量作用下,结构基于位移正常使用极限状态下的可靠度是良好的;对结构位移影响最大的变量是预应力,影响最小的变量是混凝土板肋的截面尺寸;可靠度为95%的结构最大位移值是60mm。     

动力展开机构作用下的环形反射器杆件受力分析

环形反射器单元杆件之间的支反力是单元展开过程中的主要动力源。文章介绍了环形反射器单元的展开原理和结构形式,分别对反射器单元的斜杆和横杆进行了基于静力平衡的受力分析,推导了杆件支反力关于结构参数及展开角的表达式,并进行了计算,得出了杆件支反力随展开角的变化曲线。     

预应力下空间站柔性太阳翼动力学特性分析

空间站柔性太阳翼上有以下预应力:1)在轨工作时,会周期性进出地球阴影区,结构温度会发生周期性的变化,温差在结构上产生了热应力;2)中央桁架斜拉杆上作用有展开预应力;3)柔性阵面上施加有张紧力。这些预应力都会引起几何刚度,从而改变太阳翼结构的动力学特性。文章使用Abaqus非线性动力学求解功能,首先对中央桁架部分和柔性阵面部分分别建立有限元模型,研究预应力对太阳翼动力学特性的影响,发现只有柔性阵面上的张紧力影响最为显著;然后针对完整的太阳翼结构,考虑阵面张紧力作用下,研究其动力学特性,并与未考虑预应力引起的刚度变化时的结构动力学特性进行对比分析。     

压电桁架结构动力学建模与振动控制

考虑叠层压电陶瓷主动杆件的机电耦合效应，建立了压电桁架结构机电耦合有限元动力学模型，给出结构系统检测方程，并分析其动态特性，除位移模态外，得到了系统电势模态。采用独立模态空间控制方法对结构振动进行控制，并进行压电主动杆件的多目标最优配置，除控制能量最小化外，对非控模态的控制溢出和观测溢出最小化是另外两个优化配置目标函数，算例表明分析方法的有效性和可行性。     

预应力索-拱结构平面内极限承载力研究

本文运用梁单元和索单元组成的混合有限元法对预应力索-拱结构平面内弹塑性极限承载力进行研究.利用牛顿-拉弗森法和弧长法对荷载-位移平衡路径进行跟踪研究,研究了索的预应力对结构极限承载力的影响,通过对这种新型结构的分析和研究,从中获得了对预应力索-拱结构设计有益的结论.     

大挠性空间桁架结构的动力学建模与仿真研究

对航天器结构中常用的一字型空间桁架,基于建立的普通式和拉索式空间桁架结构简化模型,用有限元法建立空间桁架结构模型,分别对两种空间桁架结构的模态特性、谐响应和瞬时激励响应等动力学特性进行了仿真研究,分析了拉索式空间桁架结构的弦张力对桁架结构振动特性的影响。研究较好地模拟了大挠性空间桁架结构的动力学特性及其在外太空的真实工况,有一定的参考意义。     

预应力索—拱结构平面内极限承载力研究

本文运用梁单元和索单元组成的混合有限元法对预应力索—拱结构平面内弹塑性极限承载力进行研究。利用牛顿—拉弗森法和弧长法对荷载—位移平衡路径进行跟踪研究,研究了索的预应力对结构极限承载力的影响,通过对这种新型结构的分析和研究,从中获得了对预应力索—拱结构设计有益的结论。     

扭簧驱动构架式空间展开天线结构分析

首先仔细分析了扭簧驱动构架式空间展开天线结构的工作机理与构造特点，据此提出分析建模假设。采用静力缩减方法，由平面梁单元弯曲平衡方程推导出两端扭簧的杆件宏单元缩减刚度矩阵。根据梁的弯曲理论和位移形函数，直接导出宏单元的相容一致质量矩阵，这两个矩阵可用于这类结构在各工况下的结构特性分析。最后给出了一个数值分析算例，证明方法的有效性。     

考虑压电耦合的空间充气展开结构频响特性分析

着眼于利用柔性压电元件获取空间充气展开结构的动力学特性，文章基于通用有限元软件ABAQUS，建立考虑压电耦合的空间充气展开结构频率响应分析方法，依次进行非线性充气预应力分析、模态分析和频率响应特性分析。以空间充气杆为例，分别利用有限元仿真和地面实验的方法得到其频响曲线，两者共振峰频率偏差小于2.3%，验证了充气展开结构有限元仿真方法的有效性。研究结果可为进一步分析空间充气展开结构的动力学特性和实施结构优化设计提供参考。     

固体火箭发动机药柱主动段飞行时应力应变分析

为了探讨固体火箭发动机药柱主动段飞行时的形变、应力和应变变化规律,以星形药型发动机为例,采用三维粘弹性有限元法,根据推进剂药柱的燃烧规律,通过计算发动机药柱在整个工作过程中不同烧蚀情况下各构成部分的结构响应,得到了主动段飞行时发动机药柱在不同环境温度、燃气内压与轴向过载联合作用下位移、应力和应变场随时间的变化规律。结果表明,低温点火发射时,内压增压至峰值时为发动机最危险时刻。     

无拖曳卫星氮气微推进系统填充与开机工作特性的仿真研究

采用AMESim软件对氮气贮存压力为1.5×10 7 Pa、推力范围为mN级的压电驱动的氮气微推进系统进行建模。研究了氮气填充过程中氮气瓶、减压阀的压力和质量流量瞬态特性。分析了整合喷管的压电比例阀在开机过程中的瞬态工作特性。最后，研究了驱动电压对压电比例阀在开机过程中的阀芯位移和喷管推力瞬态值、阀芯运动和推力响应时间的影响规律。结果显示，当驱动电压为80 V时，阀芯的响应时间和稳定位移分别为 0.64 ms 和3.67 μm。开机后8 ms，喷管推力达到稳定值(0.588 mN)。压电比例阀阀芯的开启响应快速，且驱动电压与喷管推力之间存在良好的线性关系，说明推力可通过改变驱动电压进行mN级的线性调节。     

Optimal satellite formation reconfiguration actuated by inter-satellite electromagnetic forces

The inter-satellite electromagnetic forces generated by the magnetic dipoles on neighboring satellites provide an attractive control actuation alternative for satellite formation flight due to the prominent advantages of no propellant consumption or plume contamination. However, the internal force nature as well as the inherent high nonlinearity and coupling of electromagnetic forces bring unique dynamic characteristics and challenges. This paper investigates the nonlinear translational dynamics, trajectory planning and control of formation reconfiguration actuated by inter-satellite electromagnetic forces. The nonlinear translational dynamic model is derived by utilizing analytical mechanics theory; and analysis on the dynamic characteristics is put forward. Optimal reconfiguration trajectories of electromagnetic force actuated formation are studied by applying optimal control theory and the Gauss pseudospectral method. Considering the high nonlinearity and uncertainty in the dynamic model, an inner-and-outer loop combined control strategy based on feedback linearization theory and adaptive terminal sliding mode control is proposed with finite-time convergence capability and good robust performance. Theoretical analysis and numerical simulation results are presented to validate the feasibility of the proposed translational model, reconfiguration trajectory optimization approach and control strategy.     

点火冲击波与药柱裂纹流固耦合作用机理数值模拟研究

流体计算采用基于非结构动网格的有限体积方法,结构计算采用分段精细时程积分方法,求解结构动力学有限元方程,流体计算和固体计算之间采用松耦合在不断运动的交界面上进行作用力和运动特性的传递,对固体火箭发动机点火形成的冲击波与药柱缺陷形成的弹性裂纹之间相互耦合作用过程进行了模拟。研究表明,作用在弹性裂纹上的冲击波载荷引起的壁面变形随时间变化明显,开始表现为撑开裂纹出口,随后出现了收缩出口撑开底部的瓶状;固体变形对冲击波在弹性狭缝内的压力波振荡影响较小,以前采用刚体模型得到的研究结论仍有指导意义。     

Nonlinear deformation of a longitudinally corrugated shell structure with uniform load

In this paper, we study the nonlinear deformation of a longitudinally corrugated shell (a type of morphing structure) with a uniform load. We derived the governing equations of the deformations of that corrugated shell with Nayfeh and Pai's [1] initial curvature of shell geometries and developed numerical solutions for that nonlinear mechanics problem. This numerical method is extremely efficient since no element discretization is implemented. The obtained solutions can be verified by comparing with the analytical solution for the same structure with infinitesimal strains. Furthermore, we apply the present method to study a cylindrical shell under the uniform internal pressure, and find that the displacements and internal forces of the cylindrical shell agree well with results obtained from von Kármán nonlinear shell theory. Finally, from parametric studies, we can figure out that the increment of the percentage of the arc part and the total length of the corrugated ring can increase the expansion and internal forces of the corrugated ring. And the configuration of the corrugated ring are more sensitive to the change of geometry and material parameters than internal forces, which indicate that the morphing function can be realized through the change of geometry and material parameters of the structure without great change in the maximum internal forces of the ring. By comparing the results from present nonlinear theory with those from linear theory, we can also find that the displacements and internal forces obtained from linear shell theory can either be exaggerated or disguised for the different configurations of the ring.