桁架式空间核动力飞行器动力学特性研究
发布时间:2022-11-05 16:29
太阳能是当前空间能源的主要形式。随着深空探测需求的不断提高,传统空间能源已经无法满足要求。空间核动力能源已经凭借其能量密度大、功率高和不依赖环境等特点成为航天领域的研究热门。空间堆在运行过程中可能产生的高温、核辐射等会对设备产生干扰。空间核动力飞行器通常利用桁架结构使推进系统与仪器舱保持安全距离。桁架结构构件数量多、自由度数大,为实现对空间核动力飞行器的精确建模,需要对桁架结构进行精确建模分析。本文以桁架式空间核动力飞行器为研究对象,首先,考虑细长桁架结构与细长连续梁相似的力学特性,基于等效梁理论对桁架结构进行建模,并提出结构动力学等效方法对其进行修正,实现了将空间核动力飞行器桁架结构等效为各向异性连续梁。然后,根据空间核动力飞行器桁架结构的总体参数,利用修正等效梁模型确定等效参数,进而完成等效梁的分析计算。将结果与传统等效梁模型和基于有限元理论对桁架结构的分析结果进行对比,验证了等效梁理论的正确性和修正方法的有效性。在此基础上,进一步分析了桁架各结构参数对其固有频率的影响及等效梁模型的动力响应。最后,采用修正等效梁模型,并将空间核动力飞行器简化为“刚体-梁-刚体”的形式,基于Hami...
【文章页数】:78 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 非均匀结构等效方法及发展现状
1.2.2 刚柔耦合动力学建模方法及发展现状
1.2.3 结构位移的离散方法及应用现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 空间核动力飞行器桁架结构等效梁模型
2.1 引言
2.2 Timoshenko梁等效方法
2.2.1 周期模块的位移模式
2.2.2 周期模块的应变能和动能
2.2.3 等效梁的应变能和动能
2.3 对等效梁模型的修正
2.4 本章小结
第3章 空间核动力飞行器桁架结构力学特性分析
3.1 引言
3.2 桁架结构的等效梁模型
3.2.1 桁架结构等效梁模型参数确定
3.2.2 等效梁的有限元离散
3.2.3 基于有限单元法的静力学分析
3.2.4 基于有限单元法的模态分析
3.3 基于有限单元法的桁架结构动力学分析
3.3.1 节点及单元编号的合理排序
3.3.2 梁单元及有限元法
3.4 基于Abaqus的桁架结构动力学分析
3.4.1 静力学计算
3.4.2 桁架结构模态分析
3.5 算例分析比较
3.5.1 静力学分析
3.5.2 模态分析
3.6 结构特性对桁架结构固有频率影响
3.6.1 杆件参数的影响
3.6.2 周期模块数量的影响
3.6.3 移除斜杆交叉处焊点对固有频率的影响
3.7 等效梁动力学响应分析
3.7.1 动力学模型
3.7.2 动力学响应分析
3.7.3 频率响应分析
3.8 本章小结
第4章 空间核动力飞行器刚柔耦合动力学特性分析
4.1 引言
4.2 刚柔耦合动力学方程
4.3 刚柔耦合模态
4.4 柔性梁连续位移离散
4.4.1 模态离散
4.4.2 有限元离散
4.4.3 基于离散模型的模态分析
4.5 系统固有特性分析
4.6 系统动力学响应
4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢
【参考文献】:
期刊论文
[1]大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展[J]. 曹登庆,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陈立群,詹世革. 力学学报. 2019(01)
[2]空间核动力在深空探测中的应用及发展综述[J]. 朱安文,刘磊,马世俊,李明. 深空探测学报. 2017(05)
[3]改进EFG法用于旋转梁的刚柔耦合动力学研究[J]. 谢丹,蹇开林. 振动工程学报. 2017(04)
[4]全复合材料桁架扭转刚度分析[J]. 熊波,罗锡林,谭惠丰. 复合材料学报. 2015(02)
[5]环形桁架结构动力分析的等效力学模型[J]. 刘福寿,金栋平,陈辉. 振动工程学报. 2013(04)
[6]大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制[J]. 胡海岩,田强,张伟,金栋平,胡更开,宋燕平. 力学进展. 2013(04)
[7]索杆铰接式伸展臂动力学建模与分析[J]. 郭宏伟,刘荣强,邓宗全. 机械工程学报. 2011(09)
[8]刚-柔耦合多体系统动力学建模与数值仿真[J]. 杨辉,洪嘉振,余征跃. 计算力学学报. 2003(04)
[9]两种刚柔耦合动力学模型的对比研究[J]. 杨辉,洪嘉振,余征跃. 上海交通大学学报. 2002(11)
博士论文
[1]大型空间结构动力学等效建模与振动控制研究[D]. 刘福寿.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]一类细长桁架式航天器动力学特性研究[D]. 周际鹏.哈尔滨工业大学 2017
[2]大型环形桁架式可展开天线机构设计与分析[D]. 史创.哈尔滨工业大学 2015
本文编号:3702945
【文章页数】:78 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 非均匀结构等效方法及发展现状
1.2.2 刚柔耦合动力学建模方法及发展现状
1.2.3 结构位移的离散方法及应用现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 空间核动力飞行器桁架结构等效梁模型
2.1 引言
2.2 Timoshenko梁等效方法
2.2.1 周期模块的位移模式
2.2.2 周期模块的应变能和动能
2.2.3 等效梁的应变能和动能
2.3 对等效梁模型的修正
2.4 本章小结
第3章 空间核动力飞行器桁架结构力学特性分析
3.1 引言
3.2 桁架结构的等效梁模型
3.2.1 桁架结构等效梁模型参数确定
3.2.2 等效梁的有限元离散
3.2.3 基于有限单元法的静力学分析
3.2.4 基于有限单元法的模态分析
3.3 基于有限单元法的桁架结构动力学分析
3.3.1 节点及单元编号的合理排序
3.3.2 梁单元及有限元法
3.4 基于Abaqus的桁架结构动力学分析
3.4.1 静力学计算
3.4.2 桁架结构模态分析
3.5 算例分析比较
3.5.1 静力学分析
3.5.2 模态分析
3.6 结构特性对桁架结构固有频率影响
3.6.1 杆件参数的影响
3.6.2 周期模块数量的影响
3.6.3 移除斜杆交叉处焊点对固有频率的影响
3.7 等效梁动力学响应分析
3.7.1 动力学模型
3.7.2 动力学响应分析
3.7.3 频率响应分析
3.8 本章小结
第4章 空间核动力飞行器刚柔耦合动力学特性分析
4.1 引言
4.2 刚柔耦合动力学方程
4.3 刚柔耦合模态
4.4 柔性梁连续位移离散
4.4.1 模态离散
4.4.2 有限元离散
4.4.3 基于离散模型的模态分析
4.5 系统固有特性分析
4.6 系统动力学响应
4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢
【参考文献】:
期刊论文
[1]大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展[J]. 曹登庆,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陈立群,詹世革. 力学学报. 2019(01)
[2]空间核动力在深空探测中的应用及发展综述[J]. 朱安文,刘磊,马世俊,李明. 深空探测学报. 2017(05)
[3]改进EFG法用于旋转梁的刚柔耦合动力学研究[J]. 谢丹,蹇开林. 振动工程学报. 2017(04)
[4]全复合材料桁架扭转刚度分析[J]. 熊波,罗锡林,谭惠丰. 复合材料学报. 2015(02)
[5]环形桁架结构动力分析的等效力学模型[J]. 刘福寿,金栋平,陈辉. 振动工程学报. 2013(04)
[6]大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制[J]. 胡海岩,田强,张伟,金栋平,胡更开,宋燕平. 力学进展. 2013(04)
[7]索杆铰接式伸展臂动力学建模与分析[J]. 郭宏伟,刘荣强,邓宗全. 机械工程学报. 2011(09)
[8]刚-柔耦合多体系统动力学建模与数值仿真[J]. 杨辉,洪嘉振,余征跃. 计算力学学报. 2003(04)
[9]两种刚柔耦合动力学模型的对比研究[J]. 杨辉,洪嘉振,余征跃. 上海交通大学学报. 2002(11)
博士论文
[1]大型空间结构动力学等效建模与振动控制研究[D]. 刘福寿.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]一类细长桁架式航天器动力学特性研究[D]. 周际鹏.哈尔滨工业大学 2017
[2]大型环形桁架式可展开天线机构设计与分析[D]. 史创.哈尔滨工业大学 2015
本文编号:3702945
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