空間薄膜結(jié)構(gòu)的展開動力學(xué)研究及熱分析.pdf

1、空間薄膜展開結(jié)構(gòu)具有重量輕、折疊體積小等顯著優(yōu)點，在大型空間結(jié)構(gòu)如大型空間天線、太陽帆板等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　 空間薄膜結(jié)構(gòu)的展開分析一直以來是空間薄膜結(jié)構(gòu)研究的熱點，本文依托民用航天科研預(yù)先研究項目(C1320060312、WY—YY/ZZ06JY001)及航天部第十四研究所項目(GFJG—E80698)，首先對空間薄膜結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)和展開理論進行了綜述，在此基礎(chǔ)上，采用控制體積法對充氣薄膜結(jié)構(gòu)的速度控制進行了研究，

2、從材料、結(jié)構(gòu)以及模型本身，對充氣薄膜結(jié)構(gòu)的速度進行了控制分析，對減小充氣管展開端的速度提出了措施，本研究對工程設(shè)計和應(yīng)用提供一定的參考價值。
　　 空間薄膜結(jié)構(gòu)的展開機理的研究一直以來是科學(xué)家關(guān)注的重點，從能量—動量的角度研究空間薄膜結(jié)構(gòu)的展開，采用剛體動力學(xué)和歐拉四元素理論，通過增量的近似和修改外力的方法，不僅保證了拉格朗日方程的微分關(guān)系滿足能量守恒、動量守恒和動量矩守恒，而且其增量關(guān)系也滿足這三個守恒定律，從而強制地保證了數(shù)

3、值積分的穩(wěn)定：通過修改時間積分方法，不僅保證了計算的精度，而且使迭代更易收斂；考慮薄膜的非線性變形，將小剛度理論引入薄膜結(jié)構(gòu)的分析，考慮了薄膜結(jié)構(gòu)在展開過程中的褶皺和松弛，并對空間薄膜結(jié)構(gòu)展開過程中的能量及動量進行了分析；模擬充氣結(jié)構(gòu)時，修正了原充氣過程為等溫過程的假設(shè)，運用熱力學(xué)第一定律和氣體狀態(tài)方程對充氣過程的氣體交換過程進行了推導(dǎo)，得到了其精確解；在程序的處理中，采用獨立計算子氣室氣壓的方法，減少有限元分析中剛度矩陣的帶寬，從而節(jié)

4、省計算時間和計算機內(nèi)存；而且還考慮了氣體與結(jié)構(gòu)的相互作用以及薄膜的自接觸等，并將模擬結(jié)果與實驗進行了對比，發(fā)現(xiàn)吻合較好。因此，能量—動量法在研究非線性幾何問題方面更具明顯的優(yōu)勢。
　　 空間充氣薄膜結(jié)構(gòu)的熱分析目前也是一個熱點，空間充氣薄膜結(jié)構(gòu)是受熱敏感結(jié)構(gòu)，其幾何精度要求高。對空間充氣薄膜結(jié)構(gòu)進行了在軌熱分析，主要研究了充氣薄膜結(jié)構(gòu)的熱彎曲性能以及大型空間薄膜結(jié)構(gòu)在空間軌道上所受到的太陽輻射壓力及其產(chǎn)生的扭矩以及外熱流的情況，

5、為進一步分析空間充氣薄膜結(jié)構(gòu)的熱致變形奠定了基礎(chǔ)。
　　 在充氣薄膜結(jié)構(gòu)中，充氣展開支撐管是主要的部件之一，鋼卷尺加勁可展自硬化充氣管是充氣展開支撐管中利用鋼卷尺達到自硬化目的的一種類型，其展開動力學(xué)性能也是研究的熱點和難點，采用氣墊導(dǎo)軌模擬微重力環(huán)境，首次對卷曲折疊的充氣管，特別是對鋼卷尺加勁的充氣自硬化管的展開動力學(xué)性能進行了實驗研究。
　　 綜上所述，空間充氣薄膜結(jié)構(gòu)的展開是一個復(fù)雜的動力學(xué)問題，不僅與材料的性能、