空間充氣展開結構動力學特性及其參數分析.pdf

1、空間充氣展開結構具有重量輕、折疊體積小等顯著優(yōu)點，在大型空間結構如大型空間天線、太陽帆板等領域有廣闊的應用前景。當前，充氣天線是空間充氣展開結構的研究重點和主要應用方向。 本文首先對充氣展開天線的發(fā)展和國外各種充氣天線的研究進展進行了詳細的描述，討論了相關理論知識，介紹了應力剛化效應的幾何公式和薄膜結構幾何非線性求解問題理論發(fā)展情況，以及模態(tài)分析中頻率計算公式的推導。從理論角度分析管狀或者由充氣管組成的充氣薄膜結構的受力特性，以

2、充氣支撐管為研究模型，從理論上研究了充氣支撐管軸向抗壓剛度和結構整體抗彎剛度與管充氣氣壓之間的關系，并在此研究結果的基礎上，推導端頭帶集中質量的懸臂充氣支撐管自振頻率的求解公式，并結合本文研究模型求出其基頻的解析解。 然后從充氣天線各支撐部件開始進行有限元的分析，求出充氣支撐管抗軸壓剛度、整體抗彎剛度和懸臂充氣支撐管自振基頻的數值解，并與解析解相比較，驗證數值方法的可靠性。從數值方面分析充氣支撐管、充氣支撐環(huán)和充氣支撐體系硬化前

3、后的受內壓靜態(tài)受力特征和不同內壓工況下結構自振模態(tài)，硬化前后分別用薄膜單元和殼單元對充氣結構進行仿真模擬，對所得數值結果進行比較分析，以找出結構設計的最優(yōu)方案。 理論和數值分析結果表明：充氣管和充氣環(huán)的內壓對結構的整體剛度沒有明顯影響；充氣管和充氣環(huán)的內壓對結構局部振動頻率有一定影響，但對整體振動頻率沒有明顯影響，因此僅靠增加內壓無法提高充氣結構的整體振動頻率；分別采用薄膜單元和殼單元模擬充氣結構，所得到的整體振動頻率和模態(tài)基本