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文檔簡介
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(shè)計是非常重要的兩項(xiàng)研究工作。固有特性的分析能檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的固有頻率是否滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求?,F(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)時間。
首先,本文以SPORT太陽極軌衛(wèi)星為應(yīng)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(shè)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(shè)計方案,運(yùn)用CAD軟件Unigraphics(UG)對SPORT衛(wèi)星子星以及母星伸展臂進(jìn)行總體構(gòu)型設(shè)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(biāo)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(jī)上進(jìn)行子星收攏和展開狀態(tài)下的動力學(xué)仿真分析;對母星伸展臂進(jìn)行動
3、力學(xué)仿真。引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(shè)計要求、保持最簡單的設(shè)計方案、充分考慮設(shè)計的工藝條件、注意設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性等多項(xiàng)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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,提出優(yōu)化后的設(shè)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(jìn)行動力學(xué)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(yàn)證優(yōu)化后的子星總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的強(qiáng)度剛度是否
4、滿足設(shè)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(jìn)行動力學(xué)仿真,對比優(yōu)化前模型仿真結(jié)果,驗(yàn)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(jìn)行動力學(xué)仿真分析,驗(yàn)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(shè)計優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持,使設(shè)計的方案逐步接近工程應(yīng)用,運(yùn)用于實(shí)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(yīng)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(diǎn):
2.對本文研究所選用的CAD/CAE軟件作了詳細(xì)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(shè)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(xì)模型方案設(shè)計,其中包括子星結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化;伸展臂結(jié)構(gòu)設(shè)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(jìn)行動力學(xué)仿真分析;對比得到的數(shù)據(jù),驗(yàn)證是否達(dá)到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的、是否滿足了任務(wù)設(shè)計的需求。
4.總結(jié)本文研究所得到的結(jié)論,
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