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。     

误差链对星载网状可展开天线电性能影响分析

针对星载网状可展开天线因展开臂、展开关节等产生的误差链和地面电性能不可测试等问题,开展误差链对天线电性能的影响分析。引入位置姿态转换矩阵建立误差链传递模型,将此误差模型引入到天线辐射场分析模型,并建立各误差环节对天线电性能的机电耦合模型,通过数值方法得到固定误差和不定误差与天线平均功率方向图的关系,以及角度误差与天线最大增益之间的定量关系。分析结果表明:角度误差对误差链有明显的放大作用,相比于位置误差对电性能的影响较大,角度误差与最大增益有均匀或突变等不同程度的单调递减关系,因此在天线设计与安装中应着重关注和调整各安装位置的角度误差。     

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。     

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。