SPORT衛(wèi)星子星結(jié)構(gòu)布局及動力學仿真分析.pdf

1、在空間結(jié)構(gòu)的研制過程中,結(jié)構(gòu)固有特性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計是非常重要的兩項研究工作。固有特性的分析能檢驗結(jié)構(gòu)的固有頻率是否滿足結(jié)構(gòu)設計的要求?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)設計采用CAE技術(shù),通過靜態(tài)動態(tài)分析,使得整體結(jié)構(gòu)的強度剛度、模態(tài)頻率得到控制,大大地減少了樣品的制作和實驗時間。
　　 首先,本文以SPORT太陽極軌衛(wèi)星為應用背景,針對不同需求的需要,給出兩種SPORT衛(wèi)星子星結(jié)構(gòu)設計方案,確定結(jié)構(gòu)組成、材料選取和結(jié)構(gòu)類型,給出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布局、形狀

2、和尺寸。分別針對給出的兩種不同SPORT衛(wèi)星子星結(jié)構(gòu)設計方案,運用CAD軟件Unigraphics(UG)對SPORT衛(wèi)星子星以及母星伸展臂進行總體構(gòu)型設計。采用現(xiàn)代CAE技術(shù),通過MSC.Patran軟件建立不同結(jié)構(gòu)布局的子星有限元分析模型；建立以一階固有頻率最大,質(zhì)量最小為目標的母星伸展臂有限元分析模型。
　　 隨后,利用MSC.Nastran軟件在虛擬的原型樣機上進行子星收攏和展開狀態(tài)下的動力學仿真分析；對母星伸展臂進行動

3、力學仿真。引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計理論,從截面尺寸優(yōu)化、結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化等優(yōu)化方式入手,遵循最大程度滿足設計要求、保持最簡單的設計方案、充分考慮設計的工藝條件、注意設計的經(jīng)濟性等多項原則,分別對收攏狀態(tài)的子星模型、展開狀態(tài)的子星模型以及母星伸展臂的結(jié)構(gòu)模型進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計,提出優(yōu)化后的設計方案。
　　 最后,對優(yōu)化后的收攏和展開狀態(tài)的子星模型進行動力學仿真,得到模型結(jié)構(gòu)的固有頻率。對比優(yōu)化前的數(shù)據(jù),驗證優(yōu)化后的子星總體結(jié)構(gòu)設計的強度剛度是否

4、滿足設計要求,是否比優(yōu)化前有所提高；對優(yōu)化后的母星伸展臂進行動力學仿真,對比優(yōu)化前模型仿真結(jié)果,驗證優(yōu)化后的模型是否一階固有頻率最大、質(zhì)量最小,是否滿足SPORT衛(wèi)星姿態(tài)控制對伸展臂展開狀態(tài)基頻的初步要求；對優(yōu)化后的子星模型(收攏與展開狀態(tài))連接優(yōu)化后母星伸展臂的整體模型進行動力學仿真分析,驗證模態(tài)仿真得到的頻率是否滿足SPORT衛(wèi)星姿態(tài)控制對伸展臂展開狀態(tài)基頻的初步要求,是否可控；分析仿真的結(jié)果可為衛(wèi)星姿態(tài)控制提供相關(guān)數(shù)據(jù),為空間可展

5、結(jié)構(gòu)的總體方案設計優(yōu)化提供科學依據(jù)和技術(shù)支持,使設計的方案逐步接近工程應用,運用于實際。
　　 本文主要包括了以下幾部分內(nèi)容:
　　 1.對國內(nèi)外空間飛行器、空間可展結(jié)構(gòu)做了調(diào)研,對現(xiàn)代CAD/CAE技術(shù)的發(fā)展、應用做了調(diào)研；介紹了本論文的研究目的、意義以及創(chuàng)新點:
　　 2.對本文研究所選用的CAD/CAE軟件作了詳細介紹；引入有限元法作為分析的理論依據(jù),介紹了有限元法分析步驟及有限元方程基本原理；引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化

6、設計理論并介紹了基本概念；引入模態(tài)分析的概念,介紹了模態(tài)分析的目的及模態(tài)分析方程建立。
　　 3.分別對SPORT衛(wèi)星子星模型方案一和二做了詳細模型方案設計,其中包括子星結(jié)構(gòu)設計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化；伸展臂結(jié)構(gòu)設計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化；對子星展開收攏狀態(tài)、伸展臂展開狀態(tài)、子星展開和收攏狀態(tài)分別連接伸展臂的整體結(jié)構(gòu)進行動力學仿真分析；對比得到的數(shù)據(jù),驗證是否達到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的、是否滿足了任務設計的需求。
　　 4.總結(jié)本文研究所得到的結(jié)論,