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文檔簡介
1、在空間結構的研制過程中,結構固有特性分析和結構優(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構的固有頻率是否滿足結構設計的要求?,F代結構設計采用CAE技術,通過靜態(tài)動態(tài)分析,使得整體結構的強度剛度、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)星子星結構設計方案,確定結構組成、材料選取和結構類型,給出結構構件的布局、形狀
2、和尺寸。分別針對給出的兩種不同SPORT衛(wèi)星子星結構設計方案,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型設計。采用現代CAE技術,通過MSC.Patran軟件建立不同結構布局的子星有限元分析模型;建立以一階固有頻率最大,質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。引入結構優(yōu)化設計理論,從截面尺寸優(yōu)化、結構形狀優(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構模型進行結構優(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,得到模型結構的固有頻率。對比優(yōu)化前的數據,驗證優(yōu)化后的子星總體結構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)化前模型仿真結果,驗證優(yōu)化后的模型是否一階固有頻率最大、質量最小,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;分析仿真的結果可為衛(wèi)星姿態(tài)控制提供相關數據,為空間可展
5、結構的總體方案設計優(yōu)化提供科學依據和技術支持,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容:
1.對國內外空間飛行器、空間可展結構做了調研,對現代CAD/CAE技術的發(fā)展、應用做了調研;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,介紹了有限元法分析步驟及有限元方程基本原理;引入結構優(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,其中包括子星結構設計與結構優(yōu)化;伸展臂結構設計與結構優(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構進行動力學仿真分析;對比得到的數據,驗證是否達到了結構優(yōu)化的目的、是否滿足了任務設計的需求。
4.總結本文研究所得到的結論,
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