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套筒式空间可展开结构的设计与动力学仿真分析

作　者: 孙健
导　师: 杨萱
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 飞行器设计
关键词: 伸杆结构设计虚拟样机有限元分析动力学仿真
分类号: V423
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

空间可展开结构在空间探测事业发展中得到了广泛的应用,其研究也成为一个热点问题。本文综述了国内外空间可展开结构的应用现状,阐述了子午工程电场伸杆和电子伸杆的研究意义。针对套筒式空间可展开结构进行了系统设计和运动学分析,并进行了伸展过程中碰撞接触应力的动力学仿真分析。为箭载空间可展开结构的深入研究提供了有价值的参考。文章首先对空间可展开结构进行了介绍,利用UG软件对子午工程电场伸杆及电子伸杆进行三维建模,接着论述了MSC.ADAMS软件所涉及的多体系统动力学理论基础和虚拟样机技术,并进行了展开过程的运动学仿真分析,结果表明伸杆能够顺利展开,但展开过程中,碰撞前相对速度较大需要校核。为此,建立了伸杆的有限元模型,并进行动力学仿真分析。通过四种壁厚尺寸的结果比较,表明随着伸杆壁厚的增加,并不能有效降低伸杆碰撞过程中造成的应力。本论文在综合前人的空间可展开结构研究和动力学仿真技术研究工作的基础上,主要创新点在于:1.综合应用了CAD三维设计软件、多体动力学仿真分析软件和有限元分析软件,来协同仿真。在空间可展开结构设计研制中,尝试实践了机构设计和结构设计统一协调进行的方法。提供了一种研究空间可展开结构的计算机辅助工程问题的方法;2.在套筒式空间可展开结构的展开动力学仿真中,用非线性瞬态动力学的显式有限元计算代替了刚体动力学接触力函数来分析和校核碰撞过程产生的应力。在展开中的碰撞过程仿真方面做了有意义的尝试和探索。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
1 绪论  11-17
  1.1 课题背景及研究意义  11-12
  1.2 国内外空间可展开结构的研究现状  12-14
  1.3 本论文的主要研究内容  14-17
2 CAD/CAE 应用软件与理论依据  17-39
  2.1 机械系统动力学及计算机辅助工程的发展  17-19
  2.2 UG 软件  19-21
  2.3 MSC.ADAMS 软件及多体动力学理论  21-30
    2.3.1 ADAMS 软件概述  21-25
    2.3.2 多体系统动力学理论  25-30
  2.4 有限元基本理论及前后处理软件  30-35
    2.4.1 有限元基本理论  30-32
    2.4.2 MSC.PATRAN 软件  32-35
  2.5 MSC.DYTRAN 软件  35-39
3 接触碰撞的显式积分运算  39-49
  3.1 碰撞问题简述  39-40
  3.2 接触界面方程  40-44
  3.3 显式积分  44-45
  3.4 中心差分方法  45-49
4 套筒式伸展臂的设计  49-57
  4.1 空间可展开结构的分类  49-52
  4.2 伸展臂结构形式的选择  52-53
  4.3 子午工程箭载伸杆的设计  53-56
  4.4 本章小结  56-57
5 套筒式伸展臂的运动学仿真分析  57-73
  5.1 电场伸杆的展开仿真  57-60
  5.2 电场伸杆的运动学参数分析  60-66
  5.3 电子伸杆的展开仿真  66-68
  5.4 电子伸杆的运动学参数分析  68-70
  5.5 本章小结  70-73
6 套筒式伸展臂的动力学仿真分析  73-91
  6.1 电场伸杆的有限元模型  73-76
  6.2 电场伸杆的碰撞应力计算  76-87
  6.3 电子伸杆的动力学仿真分析  87-89
  6.4 本章小结  89-91
7 总结与展望  91-93
  7.1 本文完成的主要工作与结论  91
  7.2 存在的问题和以后工作的展望  91-93
参考文献  93-96
附录  96-97
致谢  97

套筒式空间可展开结构的设计与动力学仿真分析

内容摘要

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