薄膜反射面结构折展方案设计与理论研究

发布时间：2017-08-18 10:17

  本文关键词：薄膜反射面结构折展方案设计与理论研究

  更多相关文章： 薄膜反射面结构 数值模拟 折叠展开 评价指标 缺陷分析

【摘要】：近年来,随着航天事业的发展,薄膜反射面结构以其具有质量超轻、收拢体积小、易于折叠和展开等特点得到了各国科研人员的广泛关注与应用,具有广阔应用前景。现阶段,对薄膜反射面结构的研究主要集中在传统静力分析方面,形态及展开过程方面研究较少。在总结国内外薄膜反射面结构研究现状的基础上,进行了对薄膜结构展开过程的数值模拟和空间剪式铰结构展开过程的数值模拟,并重点对其展开过程的评价指标进行研究。主要研究内容如下：采用非线性有限元软件ABAQUS对薄膜结构展开过程进行数值模拟,选定在进行数值模拟时所使用的计算模块和单元,利用材料特性用户子程序VUMAT修正ABAQUS本身membrane单元的应力分布。对聚酰亚胺薄膜进行单轴拉伸试验测试其材料性能,以确定数值模拟时所使用的材料参数。对带折痕膜进行单轴拉伸试验,测定其等效弹性模量以确定数值模拟时折痕附近部分的材料参数。对miura单元的展开过程进行模拟,给出平面度指标和最大Mises应力两项评价指标来评价数值模拟的结果。通过改变加载点／驱动点数量和加载时间来研究合理的加载形式和加载时间。对薄膜反射面结构的展开过程进行研究,对模拟依据的薄膜反射面结构进行简单介绍,对边长为1m的等腰直角三角形反射面薄膜进行找形分析,找出满足平衡条件和结构要求的表面形状,对薄膜使用Miura折叠方案进行折叠,通过改变参数0和L产生五个不同折叠方案的模型。采用ABAQUS软件对五个模型的展开过程进行模拟,通过分析五个不同模型的平面度指标、应力大小、折痕长度、折叠率等指标来对Miura折叠方案的薄膜展开过程进行比较,探索参数的改变对薄膜展开过程的影响。对空间剪式铰结构的模型进行设计与模型制作,对实体模型设置控制系统,以控制空间剪式铰结构折叠与展开。对空间剪式铰结构的展开过程进行数值模拟,对展开模型进行基于特征值屈曲模态的一致缺陷模态法分析,通过改变初始缺陷的大小,以研究不同的缺陷大小对于空间剪式铰结构展开过程的影响。
【关键词】：薄膜反射面结构 数值模拟 折叠展开 评价指标 缺陷分析
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V414.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 前言9
• 1.2 太阳帆的应用和发展9-15
• 1.2.1 太阳帆的概念与原理9-10
• 1.2.2 太阳帆的发展10-12
• 1.2.3 太阳帆展开方式研究现状12-15
• 1.3 薄膜反射面天线的简介与研究现状15-17
• 1.3.1 气压成形法15-16
• 1.3.2 吊装成形法16-17
• 1.3.3 静电拉伸成形法17
• 1.4 薄膜反射面结构折展方案的研究思路及研究意义17-21
• 1.4.1 薄膜折展方案的研究方向及研究现状17-18
• 1.4.2 伸展臂的研究方向及现状18
• 1.4.3 本文的主要工作18-21
• 第二章 薄膜结构展开过程数值模拟21-51
• 2.1 数值模拟计算模块与单元的选用21-27
• 2.1.1 计算程序与单元简介21-23
• 2.1.2 材料特性用户子程序VUMAT简介23-25
• 2.1.3 算例25-27
• 2.2 材性试验27-31
• 2.2.1 应变测量方法简介28-29
• 2.2.2 试验结果29-31
• 2.3 带折痕膜的等效弹性模量31-32
• 2.4 薄膜展开过程数值模拟的注意事项32-33
• 2.5 miura单元的展开过程模拟33-50
• 2.5.1 加载点/驱动点数量的研究34-40
• 2.5.2 加载时间研究40-50
• 2.6 本章小结50-51
• 第三章 薄膜反射面结构展开过程研究51-73
• 3.1 薄膜反射面结构形式简介51-52
• 3.2 薄膜结构的找形52-54
• 3.3 Miura折叠方案简介54-56
• 3.4 薄膜折叠及展开过程要求56
• 3.5 不同参数方案展开过程比较56-71
• 3.5.1 模型一展开过程58-61
• 3.5.2 模型二展开过程61-63
• 3.5.3 模型三展开过程63-66
• 3.5.4 模型四展开过程66-68
• 3.5.5 模型五展开过程68-70
• 3.5.6 五个模型展开结果的比较与分析70-71
• 3.6 本章小结71-73
• 第四章 空间剪式铰结构模型设计与展开过程模拟73-91
• 4.1 空间剪式铰模型的设计与模型制作73-78
• 4.1.1 模型设计与制作73-76
• 4.1.2 控制系统设置76-78
• 4.2 空间剪式铰结构展开过程模拟78-88
• 4.2.1 有限元模型的建立与展开过程模拟78-80
• 4.2.2 基于特征值屈曲模态的一致缺陷模态法分析80-88
• 4.3 空间剪式铰模型的运动过程展示88-90
• 4.4 本章小结90-91
• 第五章 总结与展望91-93
• 5.1 总结91-92
• 5.2 展望92-93
• 致谢93-95
• 参考文献95-97

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本文编号：694034