空间可展开结构热致振动分析方法研究综述

空间可展开结构在轨服役期间受冷热交变热载荷的作用会产生热致振动现象,使得结构精度下降,进而影响其工作效能,因此在结构设计与制造阶段准确地预测热导致的热-结构耦合动力学行为,并对热致振动问题加以规避是至关重要的。从上个世纪50 年代Boley 提出热致振动的概念至今,学者们不断探索新的分析方法。早期学者大多以简化的板或梁作为对象研究其热致振动机理;21 世纪后学者们开始了有限元结合数值方法研究具有显著几何非线性、运动副间隙等特点的大型空间结构热致振动问题;近年来有学者采用绝对节点坐标法建立耦合的热-结构分析模型,用于分析大转动、大变形航天结构热致振动问题。文章针对空间可展开结构热致振动这一现象,系统性地总结了从热致振动概念提出到近年来热致振动问题的研究方法,并提炼出发展中亟待解决的关键问题,为热致振动问题的进一步研究提供参考。     

工字型索网的几何与力集成设计方法

反射面的几何与预张力设计对空间可展开天线功能的实现起着重要作用。以空间伞型索网天线中广泛应用的工字型索网为对象,研究了其几何与预张力设计问题,提出了一种适用于工字型索网的几何与力集成设计方法。首先,根据节点平衡条件推导了工字型索网背网面节点坐标与前网面张力及背网面张力水平之间的对应关系;然后,给出了根据前网面节点坐标及背网张力水平迭代求解背网面节点坐标及张力的工字型索网几何与力集成设计方法;最后,对所提方法进行了算例验证。有限元仿真结果证明了所提网面设计方法的正确性。所提方法可有效控制背网面张力值水平,且适用于非对称反射面,具有一定的工程应用价值。     

空间可展开结构拓扑综合方法研究

空间可展开结构的构型用邻接矩阵表示,采用拓扑变换的方法来研究空间可展开结构的拓扑综合.通过构件的增加、减少以及连接关系变化的变胞综合方法实现不同构型之间的变换运算.以周边桁架可展开大线结构为例,通过构型变换,得到了不同于目前同步展开/收拢方式的混合展开收拢方式,以及新的可展开结构的构型.通过所得类型的运动仿真,表明了混合展开方式以及新的可展开结构类型的可行性,验证了空间可展开结构拓扑综合的变胞综合方法.     

周边桁架可展天线展开过程动力学分析及控制

 基于多刚体系统动力学的Lagrange方法，采用独立的Lagrange广义坐标，考虑耗散力、铰链处扭簧的驱动力及索网预张力对展开过程的影响，建立了周边桁架可展天线展开过程的动力学模型，给出了基于力控制的展开过程控制策略，得出了展开过程驱动力的变化与天线位形变化之间的关系，根据所规划好的天线展开运动得出相应的驱动力。编制了仿真程序进行算例分析，研究了初速度、阻尼及重力对天线展开过程的影响，实现了考虑驱动扭簧的刚度、关节中的阻尼、重力及索网预张力影响的周边桁架可展天线展开过程的动力学分析与控制。实验仿真结果验证了该方法的有效性。     

大型空间可展开天线技术研究

大型空间可展开天线设计是一项极具挑战性的任务,与传统天线设计相比在很多方面都有所不同。文章首先介绍了大型空间可展开天线的结构特点和分类,然后从应用业务、工作频段、发射时间、供应商和天线类型五方面总结了大型空间可展开天线的应用现状,展望了发展趋势。最后讨论了大型空间可展开天线设计的关键技术问题,包括机械、热、电和测试等技术,可供我国大型空间可展开天线的研究参考。     

周边桁架可展开天线网面初始平衡态寻求方法

针对周边桁架可展开天线索网反射面的特点，以结构的几何外形为已知量（设计者给定），给定一组初始预应力为迭代初值，并给模型的各节点施加一个小△的位移量，迭代反算求解出一组预拉力以及与之相应的几何参数，即可确定网面的初始平衡态，并通过ANSYS反算验证。算例表明该法简单实用。     

谱元法在空间可展开结构振动带隙分析中的应用

可展开天线;索网结构;预张力优化;找形分析,需要对其进行振动带隙设计。以空间可展开结构展开态主体框架结构为研究对象,采用谱元法推导其通用的动力学方程。在频域下求解整体框架结构的动力学方程可得到结构的振动频率响应,进而探究结构的带隙特性。以二维复合梁框架结构为例,讨论了结构单元的位移响应幅度和传输系数之间的联系,提出了一种周期框架结构带隙的预测方法,并通过二维复合梁框架结构和空间伸展臂验证了这一方法的正确性。     

空间可展开结构区间模型修正方法

传统的模型修正未考虑工程中存在的几何尺寸、材料参数、间隙等不确定性,修正后有限元模型预测精度较低。为提高有限元模型的预测精度,准确预测结构的静动力学特性,对考虑参数不确定性的模型修正进行了研究,提出了一种基于Kriging模型和泛灰数的区间模型修正方法。首先,通过灵敏度分析确定待修正参数,并以修正参数为变量,构造基于Kriging模型的区间响应目标函数;其次,引入泛灰数将区间优化问题转换为区间上限和区间直径两个全局优化问题;然后,利用Kriging模型结合遗传算法给出修正后的参数区间形式;最后,通过该方法对含铰链间隙的某空间可展开结构进行了模型修正。结果表明,修正后参数区间与真实区间重合度较高,修正后结构响应预测区间与实际区间吻合,验证了方法的有效性,为大型空间可展开结构的模型修正提供了一个有效可行的途径。     

大型可展开天线太空结构频率预测

 由于空间大型可展开天线口径较大，在地面模拟太空环境难度高，使得直接在天线原型上进行性能测试非常困难或不可能。为了解决该问题，提出了一种“两步法”，利用空间大型可展开天线的缩比模型进行地面性能测试，以预测天线原型在太空中的工作性能。据此对周边桁架可展开天线太空工作的结构固有频率进行性能预测研究，首先推导了结构固有频率的相似准则，然后考虑结构参数畸变的影响，得出其相似性经验公式，最后研究了温度变化对结构频率的影响，得出了预测大型天线太空工作性能的经验公式。仿真结果验证了该方法的有效性，该方法可应用于其他空间结构的设计和性能预测。     

风力驱动球形机器人动力学

风力驱动球形机器人是一种新型移动机器人,适合于危险或人类难以到达的复杂地形环境的探测,因此在环境探测领域具有独特的优势。首先考虑了碰撞接触点无滑动和有滑动的情况,采用Kane方法建立了风力驱动球形机器人弹跳动力学模型,该模型可以直接分析机器人碰撞后的运动情况。然后给出了机器人滚动和滑动的运动条件,运用牛顿力学方法建立了机器人的滚动和滑动动力学模型。最后将弹跳、滚动和滑动运动模式有机结合,并考虑环境中随机风的作用,实现了风力驱动球形机器人的运动仿真。数值仿真结果揭示了环境变化和机器人结构参数变化对其运动性能的影响。