平面张拉薄膜褶皱变形机理与调控方法

发布时间：2021-10-12 23:10

　　薄膜材料由于质量轻、收藏体积小、成本低、易折叠等优点,在星载大口径阵列天线、太阳帆和空间太阳能电站等领域具有广阔的应用前景。但薄膜的弯曲刚度小,受到压力作用时易产生局部不稳定,而引起褶皱。褶皱的出现不仅会降低薄膜结构的表面精度,还会导致薄膜中的应力分布发生变化,改变薄膜结构的动力学特性,从而影响其结构和功能特性。因此准确描述褶皱形态,分析褶皱薄膜的动态特性,并且有效减小薄膜褶皱,提高表面精度,同时抑制膜面振动,保证薄膜结构稳定性,对大型空间薄膜结构的设计和应用具有重要意义。本文针对平面张拉薄膜结构,分别进行了静力学分析和动力学分析,主要工作和取得的成果如下:1.建立了薄膜结构的褶皱波模型,该模型可以描述膜面上各点的波动状态,拟合出薄膜褶皱形态,揭示了褶皱的形成和扩展机理。褶皱波模型求解简单,避免了有限元分析不收敛的情况出现,可以快速得到褶皱幅值、波长和波数等物理量的值,适用于分析任意拉力下边数为偶数的正多边形薄膜结构的褶皱形态。结果显示,对于正方形薄膜结构,通过褶皱波模型和实验分别得到的面外变形均方根值之间相差约0.022mm,而有限元数值仿真得到的面外变形均方根值和实验结果之间相差约... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 空间薄膜结构国内外研究现状
    1.3 薄膜结构褶皱预测与调控方法的研究现状
        1.3.1 薄膜褶皱的预测方法
        1.3.2 薄膜褶皱的调控方法
    1.4 本文主要研究内容
第二章 薄膜结构的应力叠加准则
    2.1 薄膜结构应力场模型
        2.1.1 传统应力场模型
        2.1.2 Airy应力场模型
    2.2 Airy应力叠加准则
    2.3 本章小结
第三章 基于褶皱波模型的褶皱形态预测
    3.1 褶皱波纹各物理量的求解
    3.2 正多边形结构褶皱波模型
        3.2.1 正方形薄膜结构褶皱波模型
        3.2.2 正多边形薄膜结构褶皱波模型
    3.3 结果分析
        3.3.1 褶皱的数值分析结果
        3.3.2 实验结果分析
    3.4 本章小结
第四章 弧边薄膜结构优化
    4.1 弧边薄膜结构的应力分布模型
    4.2 弧边薄膜结构优化
        4.2.1 单弧边薄膜结构最优模型
        4.2.2 多段弧边薄膜结构最优模型
    4.3 结果分析
        4.3.1 正方形薄膜结构结果分析
        4.3.2 正多边形薄膜结构结果分析
    4.4 本章小结
第五章 褶皱薄膜动态特性分析
    5.1 拉力载荷与位移载荷的转换关系
    5.2 褶皱薄膜的模态分析
    5.3 褶皱薄膜动力学模型
        5.3.1 褶皱薄膜的振动模型
        5.3.2 面向控制的薄膜结构动力学模型
        5.3.3 褶皱薄膜的瞬态动力学分析
    5.4 本章小结
第六章 基于面内调控的褶皱薄膜振动抑制方法
    6.1 薄膜结构面内振动主动控制
    6.2 多模型切换自适应控制方法
        6.2.1 驱动系统模型
        6.2.2 模型参考自适应控制算法
        6.2.3 PID-MRAC系统
    6.3 实验结果分析
        6.3.1 实验系统
        6.3.2 单次扰动结果
        6.3.3 多次扰动结果
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]大型太阳帆薄膜折叠及展开过程数值分析[J]. 黄小琦,王立,刘宇飞,杨辰,陈颖.  中国空间科学技术. 2014(04)
[2]太阳帆航天器研究及其关键技术综述[J]. 荣思远,刘家夫,崔乃刚.  上海航天. 2011(02)

博士论文
[1]柔性航天器在轨振动主动控制研究[D]. 李洋.西安电子科技大学 2013
[2]空间薄膜反射镜的多电极控制方法研究[D]. 石广丰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[3]空间薄膜褶皱及其动态特性研究[D]. 李云良.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3433487