卫星太阳能帆板的有限元分析

【摘要】：卫星太阳能帆板是空间轻薄结构,其动力学行为较为复杂,直接影响到卫星的姿态稳定性,是卫星控制工作中必须考虑的重要因素。 本文的主要工作有以下几个方面:引入接缝单元的概念,建立了组合帆板的有限元动力学模型,分析了组合帆板的线性模态,为帆板的振动控制提供了动力学参数;建立了卫星—组合帆板刚柔耦合动力学模型,并在此基础上计算了组合帆板在冲击载荷下的动力学响应;基于大变形应变—位移关系推导了帆板的非线性有限元动力学方程,分析了帆板非线性振动的幅频特性,并用分段求解法和最小二乘—最优化法分别计算了帆板自由振动和受迫振动的时域响应;编制了求解大型刚柔耦合动力学方程的计算程序,该程序可以对计算结果进行可视化处理。 【关键词】：太阳能帆板 有限元方法 刚柔耦合 动力学分析 数值仿真
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究的背景和意义11-12
• 1.2 研究现状及有待解决的问题12-17
• 1.2.1 有限元方法发展简介12-14
• 1.2.2 非线性振动理论的发展14-15
• 1.2.3 最优化方法的历史及其在振动力学中的应用15-16
• 1.2.4 组合帆板的建模问题16
• 1.2.5 卫星-帆板系统刚体运动的广义坐标问题16-17
• 1.3 主要工作17-19
• 第二章 帆板的线性模态19-41
• 2.1 单块帆板19-30
• 2.1.1 薄板单元19-27
• 2.1.2 单块帆板线性模态27-30
• 2.2 组合帆板30-40
• 2.2.1 接缝单元模型30-35
• 2.2.2 组合帆板单元划分35-36
• 2.2.3 组合帆板模态36-40
• 2.3 本章小结40-41
• 第三章 空间组合帆板在冲击载荷下的响应分析41-54
• 3.1 动力学方程的建立41-50
• 3.1.1 基本假设41
• 3.1.2 坐标系关系41-43
• 3.1.3 动力学方程的推导43-50
• 3.2 帆板在冲击载荷下的时域响应计算50-52
• 3.2.1 非刚柔耦合系统响应分析50-51
• 3.2.2 刚柔耦合系统响应分析51-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 单块帆板的非线性有限元分析54-75
• 4.1 基本方程的推导54-59
• 4.2 帆板自由振动的非线性动力学计算59-67
• 4.2.1 用分段求解方法求帆板自由振动的时域响应59-66
• 4.2.2 帆板各阶模态的幅频特性66-67
• 4.3 帆板在简谐激振力作用下动力学响应67-73
• 4.3.1 动力学模型的建立67-69
• 4.3.2 最小二乘—最优化方法简介69-71
• 4.3.3 用最小二乘—最优化方法求解动力学方程71-73
• 4.4 本章小结73-75
• 第五章 空间组合帆板动力学响应计算程序设计75-85
• 5.1 程序算法75-81
• 5.1.1 Runge-Kutta方法75-77
• 5.1.2 数值计算对步长的要求77-79
• 5.1.3 刚性方程问题79-81
• 5.2 计算程序结构及流程图81-84
• 5.3 本章小结84-85
• 第六章 总结与展望85-87
• 符号表87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-93
• 发表论文情况93

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