太陽帆航天器的有限元仿真.pdf

1、太陽帆航天器是依靠反射太陽光的光子來獲得速度和加速度的新型航天器，只要有太陽光存在的地方，它就可以一直加速，并最終能獲得比普通航天器大得多的速度，而且它不受燃料的限制，可以在太空中運(yùn)行更長的時(shí)間，所以太陽帆航天器的產(chǎn)生對未來的空間探索具有十分重大的意義。 對于一般的太陽帆航天器來說，都需要自身的結(jié)構(gòu)盡量輕薄，但是過分輕薄會對太陽帆的安全性產(chǎn)生影響，所以需要對太陽帆的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找到較為優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和材料。本文正是基于這樣一種需求

2、，對中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)太陽帆小組設(shè)計(jì)的太陽帆模型進(jìn)行了光壓載荷和熱載荷下的有限元分析，并根據(jù)光壓的變化，設(shè)計(jì)了簡單的軌道模型，然后在軌道上進(jìn)行了分析。 本文首先介紹了太陽帆小組設(shè)計(jì)的太陽帆模型，分析了它的展開原理。然后根據(jù)實(shí)物模型，通過一些簡化和假設(shè)，在ANSYS中建立了有限元模型。有限元模型與實(shí)際模型的差別，決定了結(jié)果的可信度，所以所做的簡化和假設(shè)必須是合理可行的。 通過太陽帆的運(yùn)行原理和參考普通衛(wèi)星在空間的受熱情況，太

3、陽帆在空間的光壓載荷和溫度載荷可以通過空間輻射的變化來計(jì)算。本文的計(jì)算都是基于簡單的力學(xué)系統(tǒng)的，沒有考慮復(fù)雜的空間力學(xué)系統(tǒng)。 對得到的有限元模型施加光壓和溫度進(jìn)行了有限元分析，并且本文得到的應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果與參考文獻(xiàn)是一致的。太陽帆的有限元分析涉及到比較復(fù)雜的非線性分析，在ANSYS中的參數(shù)設(shè)置非常重要。通過調(diào)查非線性分析中各種參數(shù)和設(shè)置的作用，經(jīng)過多次的試算得到了較為合適的參數(shù)設(shè)置。對同類型的結(jié)構(gòu)，均可采用此設(shè)置。 通過