大型空间结构热弹性非线性有限元分析

由薄壁管组成的大型空间结构在外层空间受到太阳等星体的辐射加热，其热变形是值得关注的。为了准确地预测这种变形，首先推导了一种梁的热弹性几何非线性增量有限元格式，用以分析该类结构的热-力学响应，然后考虑到空间结构热流输入与变形耦合的特性，提出了一种热-力学耦合分析的有限元方法。对哈勃太空望远镜太阳能帆板热变形的实例计算表明，数值解与理论解符合较好。数值算例表明，结构内部热变形的不一致程度越大，考虑几何非线性对于热变形计算结果的影响越大；热流入射方向角和热变形大小是影响耦合效应的主要因素。     

大型柔性空间结构动特性分析的有限元方法

本文通过设计合理的内外存交换过程，改造有限元法、Ｌａｎｃｚｏｓ算法，从而使得对上万自由度的大型柔性空间结构的静动力计算可以在普通３８６微机上进行。算例表明方法正确并具有相当高的效率     

基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型

针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象,建立了一维电化学与三维热双向耦合模型,获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化,仿真结果与实验值吻合度高,分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0～75%放电深度(DOD)。同时,计算发现随着放电倍率的增加,放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱,最大温差逐渐增大,3 C时达到0.82℃。假设增加底面恒温散热,3 C放电结束的最大温差高达11.18℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发,还适用于电池组的热仿真设计。     

超大柔性空间结构姿态振动耦合稳定性分析

针对太阳帆塔等细长结构的空间太阳能电站构型,以圆轨道内平面运动的空间柔性梁为研究对象,在质心浮动坐标系下,基于Hamilton原理建立了姿态运动与弯曲振动的耦合动力学模型。引入简谐形式的姿态运动假设,并验证了假设的合理性。基于此假设,分析了姿态运动与重力梯度对弯曲振动的第一阶频率的影响,重力梯度项的影响为简谐波动形式,而姿态运动使得弯曲振动频率降低,两者作用均随初始姿态角增大而增强。同时,推导了Mathieu方程形式的模态振动方程,并利用小参数摄动分析方法,得到了不同初始姿态角下的弯曲振动的稳定图,发现当初始姿态角越大时不稳定区域就越大。     

某固体火箭发动机热结构的ANSYS有限元分析

基于ANSYS软件对某固体火箭发动机(SRM)的热结构进行了有限元分析。计算了潜入式喷管瞬态温度场和应力场,用间接耦合解法进行热-应力耦合分析。结果表明:计算值与实测结果较吻合,可为SRM的热结构分析提供一种实用快捷的计算方法。     

太阳阵展开锁定过程柔性多体撞击动力学有限元分析

介绍了航天器太阳阵等大型附件柔性多体系统物理模型和结构有限元单元模型,利用二体撞击动力学模型阐述了撞击处理的撞击-释放条件,并给出了多体撞击动力学模型。其次对撞击动力学方程求解的难点及根据模型研制的FMIDASAD软件的程序设计与主要功能进行了简要描述,同时给出了FMIDASAD软件的考核和应用分析算例。     

卫星红外遥感器辐射定标光机系统 热-结构耦合变形分析

辐射定标光机系统在模拟空间环境下的热变形直接影响定标光学系统成像质量,并决定星载遥感器辐射定标试验精度。文章建立的辐射定标光机系统有限元模型,以某卫星多光谱扫描仪辐射定标试验中的实测温度变化作为温度载荷,计算和研究了该系统在真空低温环境下的热-结构耦合变形的分布情况和分布规律。结果表明:在非均匀稳态低温环境下,该系统光学支架热变形使主镜及主反射镜发生刚性位移,引起垂轴方向位移、倾斜,黑体的离焦和光学系统焦距变化;反射镜表面畸变RMS值均为1/40波长以下,可以满足实际光学系统的面形准确度要求。     

应用有限元法对某热试验支架进行热-结构耦合变形分析

文章应用有限元分析软件计算某热试验支架在常温纯静力环境下及低温热-结构耦合环境下(100 K)的变形分布情况,分析在这两种环境下热试验支架上试件的绝对变形量和相对变形量,从而研究低温环境对试件结构变形分布的影响.通过仿真计算得知:低温环境下,试验支架结构整体产生了收缩;试件的相对变形量与其约束状况有一定的关系,不对称约束可能会使试件在低温下的相对变形量增大.     

流固耦合动力学问题中大位移耦合界面条件的处理方法

本文讨论了流固耦合问题中的大位耦合界面条件的处理方法，边类界面条件包括移动斜面界面条件及移动曲面界面条件。计算了在水面的二维刚性浮体的非线性振动问题，证实了此处理方法的可行性，可以用来解决具有大位移耦合界面条件的非线性流固耦合动力学问题。     

太阳阵展开锁定过程柔性多体撞击动力学有限元分析

介绍了航天器太阳阵等大型附件柔性多体系充物理模型和结构有限元单元模型，利用二体撞击动力学模型阐述了撞击处理的撞击－释放条件，并给出了多体撞击动力学模型。     

柔性空间结构高阶有限元模型与主动振动控制研究

应用压电材料实现大型柔性空间结构的振动控制引起了广泛关注。针对上下表面粘贴压电层的复合层梁结构，采用高阶位移场模型，利用线性热压电本构关系和Hamilton原理导出了层梁结构的高阶有限元模型。电势和温度沿厚度方向的分布均采用线性模型。采用常增益速度负反馈控制、Lyapunov反馈控制和基于独立模态的线性二次型调节器（LQR）设计主动控制器，实现了层梁结构脉冲激励和热载荷作用下的振动主动控制。仿真结果表明，LQR方法更能有效的实现结构振动控制，其振动衰减时间较短，作动器峰值电压更低，但不能消除热载荷引起的结构静变形。     

卫星大挠性桁架结构振动抑制试验研究

研究大型挠性空间桁架结构(LFST)的振动抑制问题.基于LFST特性,设计一套空间桁架试验系统.针对LFST具有大挠性、低刚度和低阻尼等特性,设计并研制一种圆柱式剪切型粘弹性阻尼器,给出具有粘弹性阻尼器的桁架阻尼杆的动力学模型.分别利用有限元方法和试验分析方法,对空间桁架的模态频率、模态阻尼比以及瞬态激励响应进行仿真和试验分析.结果表明应用这种阻尼器,桁架结构系统的第一阶模态阻尼比从0.49%增大到13.1%,其他各阶模态阻尼比也都有所增加.     

有限元仿真模型V&V技术研究

仿真模型建模过程存在多种误差输入,将引起仿真预测结果的不精确性。采用仿真模型V&V（Verification and Validation,验证与确认）技术,进行仿真模型的建模误差分析与控制。利用物理试验数据进行仿真模型的精度评估,基于模型修正算法进行仿真建模参数的自动修正,提升仿真和试验结果的一致性,帮助设计师基于精确的仿真模型进行产品的虚拟性能预示,提升仿真技术在产品研制流程中的地位和作用。阐述了模型V&V的概念和流程,对模型V&V的关键技术和原理进行了详细论述,以NASA Rotor37转子验模为例进行了V&V案例说明。     

基于有限元法的空间探测器复合材料结构安全裕度分析

针对复合材料结构强度和安全性评估问题,提出一种基于有限元法的复合材料层压板结构安全裕度(MS)分析方法。使用ABAQUS软件和Python二次开发前后处理程序,对火星环绕器复合材料结构进行安全裕度分析。通过与试验结果对比,验证了安全裕度分析方法的准确性和可靠性。根据分析结果,对火星环绕器主承力结构局部补强后,提高了结构刚度、强度和安全裕度。     

大型空间结构混沌行为的纳入轨道与强迫迁徙控制法

阐述大型空间(柔性)结构出现混沌行时采用Jackson[1]等人完善过的纳入轨道与强迫迁徙(entrainment and migration)的控制方法。该法是假设目标轨道满足与给定动力系统相同的数学方程，把这两个(组)方程叠加起来，由此迫使动力系统的混沌状态转移到目标轨道中去。缺点是无法确保控制过程的稳定性，如数值误差容易引起控制作用失效；因此提出对误差要加以适当限制以“最好”的纳入轨道。     

纤维缠绕压力容器结构有限元分析技术

针对纤维缠绕压力容器设计的特点，讨论了纤维缠绕压力容器结构的有限元分析(FEA)技术。简要介绍了纤维缠绕压力容器结构的有限元分析过程和常用软件，重点论述了有限元分析的能力、可靠性、效率和费用等内容，并指出了它的应用前景。     

大型挠性空间结构的分散PD控制

利用分散控制理论研究了传感器和执行机构同等配置挠性空间结构的镇定问题。文中构造了针对这种结构的分散PD控制器 ,并且给出了该PD控制器镇定空间结构的充分条件 ,最后给出了仿真验证。     

纤维缠绕复合材料壳体的非线性大变形有限元分析

叙述了纤维缠绕复合材料固体火箭发动机旋转壳体与回转体构成的组合结构在轴对称大变形状态下的非线性有限元分析方法。给出了在轴对称大变形条件下的八结点等参单元和拟协调双曲壳单元的有限元列式。算例结果与已知的的理论符合较好。