考虑平整性要求的板壳自适应结构静变形控制

基于四节点压电复合材料层合板单元和相应有限分析方法，利用结构位移对电压的灵敏度，对以压电材料为作动器的板壳自适应结构，进行了考虑平整性要求的静力变形控制。根据控制目标和约束限制，由数学规划问题确定结构承载时作动器所需的控制电压，最后以数值算例给出了仿真结果，以验证所提出方法的有效性。     

六杆球形张拉整体的折叠与翻滚性能研究

作为空间探测机器人的雏形,六杆球形张拉整体结构已被广泛研究。结构的折叠性能对于节省运载空间十分重要。本文结合实验测试与基于共旋坐标法的有限元模拟,分析了绳索驱动情况下六杆球形张拉整体结构的折叠效率,讨论了绳索单元缺失对其启动翻滚性能的影响,实验结果与数值模拟基本吻合。研究结果表明:结构折叠效率可达50%以上,占1/3比例的绳索断裂可能造成翻滚启动失败。本文研究结果对张拉整体机器人的结构设计具有一定的参考价值。     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。     

基于Matlab/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真

以CZ系列运载火箭为对象,提出了一种基于MATLAB/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真的方法。采用模块化的建模思想,建立决定箭体运动相关部分的数学模型,包括空气动力模型、发动机推力模型、六自由度运动学模型,然后对各个子模块分别采用Simulink建立单元仿真模型。通过对单元仿真模型的集成得到了火箭6自由度运动的仿真模型,基于该仿真模型进行了单元仿真。对比实测数据,证明提出的方法可行,模型建立正确。     

空间细胞机器人面向桁架在轨攀爬步态分析

面向空间在轨装配维修过程中的攀爬移动问题，基于空间细胞机器人(CSR)理念，提出连接细胞、转动细胞、末端执行细胞三种基本细胞单元。利用图论和拓扑学原理，在关联矩阵的基础上进行改进得到一种细胞迁移矩阵，直观准确地表达细胞机器人任意构型，以及不同节点之间的组织迁移过程。考虑桁架应用环境和细胞机器人自身的特点，划分出三种广义双杆攀爬工况，能够覆盖所有桁架攀爬任务需求。利用基于旋量理论的指数积公式进行不失一般性运动学分析。基于一致性、重复性以及无干涉原则，针对每种攀爬工况提出相应的攀爬步态，进行数值仿真分析，对比不同步态细胞机器人的关节力矩、能耗以及末端轨迹所占据工作空间等参数。仿真结果对空间机器人在轨攀爬路径规划以及控制方式的研究具有重要理论意义和工程价值。     

基于新型降阶模型的网格加筋圆柱壳频率分析

针对网格加筋圆柱壳频率分析计算量大的问题,提出一种基于多项式及梁单元形函数的模型降阶方法,即运用多项式及梁单元形函数将复杂结构有限元的节点位移转化为主节点位移,实现模型降阶。并通过控制多项式阶数及梁单元个数来调整降阶模型的分析精度,而降阶模型的计算效率较精细模型有显著提高。以网格加筋圆柱壳为例,对比本文提出的模型降阶方法与3-D实体模型及其他模型降阶方法的频率分析结果,结果表明,提出的模型降阶方法不仅能捕捉到结构的整体模态,还能反映出结构部分局部模态,适用范围广,能够为工程结构设计提供简单有效的计算模型。     

张拉整体伸展臂的构建方法研究

臂状张拉整体结构转化为张拉整体伸展臂的方案被分析研究。首先，构建臂状张拉整体结构的数学模型。而后，基于臂状张拉整体结构，通过受力变形分析，获得了此结构在轴向外载作用下，其整体高度、截面直径和构件长度变化规律。依据分析结果，研究驱动此结构折叠的方案和索构件弹性化方案。利用仿真分析和模型实验，对所获得的机构方案的可行性和合理性进行了分析验证。通过研究得到：将多层张拉整体斜索和鞍索柔性化，驱动附加索更容易实现折展；张拉整体层数增多时，驱动附加索可减小控制难度；多层张拉整体占用空间主要受高度影响。通过分析，获得了一种可行的张拉整体伸展臂设计方案。研究中应用的由折叠方式推导展开方案的分析思路也能够为张拉整体结构的机构化研究提供借鉴。     

六轮月球探测车运动学建模与分析

从运动特性上看，六轮月球探测车是复杂的多路闭链系统。完整的六轮月球探测车运动学模型应考虑所有车轮与地面的相互运动关系以及滑移的影响。现对滑移条件下的六轮月球探测车进行了运动学建模与分析。根据六轮摇臂式月球探测车的结构特点，以闭链坐标变换和瞬时重合坐标法为基本工具，详细推导了六轮探测车的正、逆运动学模型，分析了相关的运动学特性。所建立的运动学方程直接基于任意三维地形环境。在运动学建模与分析中，将车轮的各项滑移全部单独提取出来考虑，给出了滑移量的估算方法，提出了利用滑移估算值对闭环运动粹制讲行修讵的方法．该研究结果为六轮月球探测车的结构分析与运动控制提供了有力的基础。     

双超卫星平台柔性线缆构型设计与仿真

研究舱间线缆动力学模型及其扰动传递特性，是深入考察连接线缆刚柔耦合效应影响的重要依据。以绝对节点坐标方法(ANCF)三维缩减曲梁单元模型为背景，考虑线缆的大变形特性，构造新的大变形线缆单元弹性力模型。在此基础上，用数值方法对典型约束工况下线缆单元弹性力模型进行计算和分析，获得位移-扰动力线性关系下的两舱振幅范围。此外，结合有限元方法，获得了舱间线缆不同布线构型的等效结构刚度矩阵模型。结果表明:布线过程中合理排列不同材料性能线缆，可有效降低耦合效应的影响，为后续舱间线缆布线规划提供了理论依据。     

大型抛物柱面天线展开动力学分析与展开过程控制

为揭示大型抛物柱面天线在轨展开过程中各部件的动力学特性，保障可展天线在轨展开过程稳定性，提出了一种基于模块组装的大型抛物柱面可展天线支撑机构动力学快速建模方法与非线性展开过程反馈控制策略。首先，基于绝对节点坐标法建立了天线可展支撑机构基本模块的动力学方程集与约束方程集。然后，通过子模块组装的方式实现对超大型支撑机构的动力学快速建模，并进一步提出逐块缩聚与递归的动力学微分方程高效求解算法。最后，基于非线性展开过程反馈控制策略实现了抛物柱面可展支撑机构该类强非线性系统的展开稳定控制。结果表明，该控制方法能显著降低可展支撑机构展开过程中的速度峰值，有效提高了大型抛物柱面天线展开过程中的展开同步性。     

压电框架单元及其在结构振动控制中的应用

重点阐述了含坟电传感器和执行器的复合结构框架有限元模型的建立过程，导出了压电框架单元的压电刚度矩阵和介电刚度矩阵，进而引入基本控制规律用数值例子说明了压电传感器与执行器在结构的振动控制中的具体应用。     

偏馈伞形天线索网几何构型设计方法研究

偏馈伞天线是能够适应高通量卫星的一种索网天线。文章针对在偏馈伞天线的设计中，由于结构的不对称性，导致常规伞形索网天线索网几何构型设计方法失效的问题，提出了一种新的设计方法。首先，依照形面精度均方根误差的原理，推导出了索段长度与形面精度的关系，利用最少节点数量作为优化条件，得到满足形面精度且节点数最少的主网面节点分布；然后，采用平面切割的方法计算出肋底部节点坐标及张力阵方向向量，并由张力阵计算得到了理想抛物面上的主网节点坐标，由迭代方法得到了背网节点坐标；最后，利用线性插值对形面精度进行验证。分析结果表明：该设计方法得到的索网结构能够满足工程精度要求；由迭代法确定的背网节点能够使索网天线达到自平衡状态。该设计方法对伞型偏馈式索网结构的设计有一定的参考价值。     

刚柔耦合状态下索杆式伸展臂多体动力学研究

索杆式伸展臂在展开过程中,其斜拉索存在大运动和大变形问题,运用传统分析方法进行仿真分析难度较大.文章基于非线性弹性理论的绝对节点坐标方法,描述了斜拉索的空间运动和变形,研究了横向框架在贮存段、消旋段、提升段和套筒外的动力学特性,实现了索-刚体组成耦合系统的多体动力学数值仿真.     

一类质心突变飞行器的重构容错控制

提出了一类质心突变飞行器的一种故障诊断与控制律重构设计方法。采用以unscented卡尔曼滤波为基本估计单元且用闭环系统性能为指标的交互式多模型算法对飞行器故障情况进行检测与诊断;设计了飞行器比例导数加前馈补偿的姿态跟踪控制律;当诊断出故障时,重构控制律的结构,采用滑模变结构容错控制律对系统进行补偿控制。最后,用飞行器一次分离体释放前后的姿态跟踪过程进行了数值仿真,验证了方法的有效性。     

单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构

针对一些特定功能小卫星需要可展式的功能结构，如可展天线、可展太阳能电池阵列，提出一种单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构。展示了用于设计该机构的机构构型，研究发现此种构型不仅可将平面结构进行折展，也能将可包络回转曲面的锥形结构进行折展。进而提出了用于机构设计的几何模型及为快速判断机构的几何尺寸是否满足设计要求的近似几何模型。通过算例及仿真校验，发现近似几何模型可以进行快速判断。同时该机构具有较高折叠效率，适用于尺寸约束严格的小卫星。     

大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境，将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统，采用自然坐标法对刚性构件建模，基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构，编写了一套动力学仿真软件，实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真。仿真结果表明，采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性；在结构组装过程中，减小组装速度，增大组装机构阻尼系数与劲度系数，有利于提高结构稳定性。最终集成了一套针对大型空间电站的动力学仿真平台搭建方法，为大型空间电站在轨展开与组装动力学预示提供了理论依据和方法指导。     

EBE技术在结构分析中的应用（Ⅰ）─EBE矩阵向量乘积方法及其实现

矩阵向量乘积运算是数值分析领域中的一种基本运算。本文基于单元分组技术，提出了在有限元结构分析中，当不形成总刚度矩阵而进行矩阵向量乘积的ＥＢＥ计算方法。该方法不仅预处理过程简单，实现容易，而且其并行化、向量化处理都极为直接。同时，数值试验结果还表明了它的有效性。     

同步可展机构的构型设计与运动学分析

文章针对可展机构展开运动过程中的不同步现象，提出了一种同步可展机构，并对机构进行了构型设计与运动学分析。首先，将同步齿轮传动与连杆机构相结合，基于锥齿轮的闭合传动原理，设计了一种可确保杆件同步运动的同步可展机构。其次，基于G K公式，计算了机构的自由度。然后，根据同步可展机构的阵列组合方式，构建了三类同步可展体系。进一步建立机构在全局坐标系下的运动学分析模型，利用传递矩阵法对机构整体进行了运动学方程推导，并进行了数值仿真分析。最后，基于ADAMS对机构的运动情况进行了仿真分析。结果表明：机构能够实现单自由度精确同步展开，体现了机构在运动过程中的规律性和对称性。基于ADAMS 的展开运动仿真结果与理论分析结果基本一致，验证了同步可展机构构型设计的合理性及所建立的分析模型的正确性。这种构型设计与分析方法同样适用于其他类型的同步可展机构及体系。     

考虑结构参数不确定性的月球探测器结构优化设计

针对月球探测器结构优化过程中存在的分析耗时和结构参数不确定性影响问题，提出了考虑结构参数不确定性的月球探测器结构快速优化框架。优化框架基于多域子结构运动综合方法，建立了月球探测器结构多域子结构模型，实现了模型规模的降低，提高了模型分析效率；基于区间场不确定性分析方法，建立了结构参数不确定性模型，并开展了探测器结构参数区间灵敏度分析；基于区间可能度理论实现了不确定性优化问题的转换。通过两个优化算例进行方法验证，优化分析结果表明，基于本文的结构优化框架，可以明显提高结构优化效率；通过与确定性优化结果对比，验证了考虑结构不确定性的结构优化可以提高分析结果的可靠性。     

机器人在轨构建空间桁架结构的装配序列规划方法

针对机器人在轨构建空间桁架结构的装配序列规划问题，提出一种可同时求解装配单元装配序列与机器人运动的序列规划方法。首先设计了装配机器人并建立了动力学模型；其次，对机器人在整个装配过程中的运动进行了分类并分别给出了规划与控制方法；然后，建立了装配序列规划的评价指标并采用离散粒子群算法求解。最后，以常用空间桁架结构为例，通过仿真校验了所提方法的有效性。