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浙江大学学报（工学版） 2005年第11期39卷 1669-1674页

作者：赵孟良吴开成关富玲浙江大学土木工程学系空间结构研究中心浙江杭州310027 浙江大学建筑设计研究院浙江杭州310027

采用广义逆矩阵方法分析空间可展桁架结构的运动过程.以笛卡尔坐标系下节点的自然坐标为未知量,建立桁架结构展开过程的动力学基本方程,将约束方程嵌入动力学方程,导出一组不含乘子且方程数目等于结构自由度数的动力学方程.采用主动校... 详细信息

采用广义逆矩阵方法分析空间可展桁架结构的运动过程.以笛卡尔坐标系下节点的自然坐标为未知量,建立桁架结构展开过程的动力学基本方程,将约束方程嵌入动力学方程,导出一组不含乘子且方程数目等于结构自由度数的动力学方程.采用主动校正法对数值分析的约束违约进行了修正.提出了一种切实有效的数学算法构造了约束方程及其雅可比矩阵,实时地模拟了结构收纳过程的约束条件.自行编制的仿真程序算例证明了该分析方法的正确性.

关键词：空间可展桁架结构广义逆主动校正约束方程动力学分析

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空间可展桁架结构的设计与热分析

空间可展桁架结构的设计与热分析

引用

作者：张淑杰浙江大学

学位级别：博士

空间可展结构是近三十年来伴随宇航科技的发展而诞生的一种新型可折叠结构，在地面发射时为折叠状态，入轨后展开并锁定成工作状态。可折叠展开结构的诞生拓宽了大型空间结构的应用领域，空间可展结构出现了前所未有的发展。对... 详细信息

空间可展结构是近三十年来伴随宇航科技的发展而诞生的一种新型可折叠结构，在地面发射时为折叠状态，入轨后展开并锁定成工作状态。可折叠展开结构的诞生拓宽了大型空间结构的应用领域，空间可展结构出现了前所未有的发展。对于空间飞行器结构来讲，一般要求其形状稳定，不管周围环境的温度变化有多大，结构形状的变化要尽可能地小，对于大型可展桁架结构这样的柔性结构来讲，其敏感性和热稳定性要求更高。一方面，可展大线沿着轨道飞行时，要周期性地进出地球阴影区，再加上天线自身结构（如反射网面、杆件等）的阴影遮挡影响，往往要经历较大幅度的高低温变化，并且在结构中存在着较大的温度梯度，这样急剧的高低温变化和非均匀的温度分布则会引起结构中的热膨胀和热应力，使天线结构产生热变形;另一方面，热变形引起的反射面形状的变化会对天线的电性能产生很大的影响;热荷载的突然变化还会引起结构的振动而影响天线在轨道飞行中的姿态控制。因此，对变形敏感的天线，一个重要的设计就是要把结构的变形控制在一个很小的范围之内，为保证其较高的热稳定性，进行空间环境下的热变形分析是就显得十分重要了。设计了一口径为5米的切割抛物面网状可展天线模型，该模型是由支承背架（可展桁架）和反射面（柔性网面）构成的，本文以此展开模型为研究对象，对其进行温度场分析、热变形分析、热应力分析、以及热振动分析等。在天线的可展支承背架设计中，四面体单元的展开特性是整个展开桁架结构设计的关键技术，通过研究单元的展开收拢过程以及节点的工作机理，说明该模型的设计是可行的。空间环境中，无论展开天线位于何种轨道上，无论是自旋卫星还是非自旋卫星，在工作状态时其本身都与太阳成一定的角度。因此，天线与太阳入射光线之间的角度关系，决定了天线的温度场分布及热变形工况。故本文在设计分析过程中，不考虑卫星的运行轨道，仅以天线与太阳入射光线之间的角度关系来决定工况，模拟出天线在整个轨道过程中的任意位置。对天线各部件与热流的方向关系进行了讨论，在已知太阳光线与水平面夹角情况下，详细推导了各种形式的杆单空间可展析架结构的设计与热分析浙江大学博士学位论文 200．5 元和各种形式的膜单元与太阳光线夹角，编制了相应的热流计算软件，据此可方便地计算出入射到这些单元上的太阳热流。。任意轨道上的天线结构都会穿过地球的阴影并受自身阴影的影响。本文根据地球同步轨道（GEO）和低轨道（LEO）的周期和高度，以及天线结构穿过地球全阴影和半阴影的时间，来确定地球阴影的影响;并对可展天线的自身阴影进行判断，区分出水平遮挡构件和非水平遮挡构件，提出了一种计算杆件阴影遮挡系数uHAD）的方法。推导出一维两结点杆单元和二维六结点三角形膜单元瞬态辐射一导热微分方程，由微分方程及边界条件推出每个单元相应的泛函公式，根据泛函求极值的方法建立求解域内的n阶代数方程组，求出整个天线结构的温度场。编制了相应的温度场计算程序，计算结果表明在整个周期中，天线的温度场范围是合理的。温度发生明显变化的时刻发生在太阳照射极不均匀的时刻如阴影区时刻X故对决定元器件工作温度范围，应以此时刻进行考察。当不能完全保证元器中的正常工作温度时，需采用被动热控和主动热控咖电炉）相结合，以保证天线正常工作。对展开天线结构进行热一结构分析，推导出两结点杆单元和六结点三角形膜单元在平均温差作用下的等效结点温度荷载的矩阵形式。将宏单元（由杆件和扭簧组成的单元）和膜单元的刚度矩阵集成整个结构的刚度矩阵，并由结构的平衡方程求出整个结构的热变形和热应力。计算结果表明无论是热变形还是热应力，二者都在所要求的范围之内，对整个结构的形状和强度都影响不大。由于轨道上白天和夜晚的交替引起热量的突然变化，使柔性结构产生热振动。本文对可展天线结构在轨道上“白天一黑夜”交替时的热振动现象进行了研究，分析了天线结构由太阳照射边界到地球阴影区、以及由地球阴影边界到太阳照射区时的热振动响应。结果表明无论天线结构是由太阳照射边界进入到阴影区还是由阴影边界进入到太阳照射区，Y方向均不产生热振动现象，X、Z方向的速度和加速度都很小，X方向产生的位移偏大。所以为满足天线反射面的较高精度要求，需采取一定的减振措施或热控措施。

关键词：空间可展桁架结构四面体单元扭簧热传导热辐射热流地球阴影自身阴影阴影系数泛函极值法杆单元膜单元温度场热一结构分析热变形热应力热振动

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含间隙铰空间可展桁架结构的动力学实验

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清华大学学报（自然科学版） 2003年第8期43卷 1027-1030页

作者：陈鹿民阎绍泽金德闻吴德隆清华大学精密仪器与机械学系北京100084 北京宇航系统工程设计部北京100076

为研究微重力环境下含铰接间隙航天可展结构的动力学特性,让可展桁架结构分别在水平悬吊和垂直安装情况下展开到位后突然锁定,测试并比较标志点的衰减振动加速度响应。在水平安装时,用橡胶绳把每一部件悬吊起来,以尽量消除部件重量对铰... 详细信息

为研究微重力环境下含铰接间隙航天可展结构的动力学特性,让可展桁架结构分别在水平悬吊和垂直安装情况下展开到位后突然锁定,测试并比较标志点的衰减振动加速度响应。在水平安装时,用橡胶绳把每一部件悬吊起来,以尽量消除部件重量对铰关节的作用力。实验结果显示,与垂直安装状态相比,水平悬吊安装状态下含间隙桁架结构衰减振动的加速度幅值响应减小,振动时间较短,有更宽的频谱响应和严重的响应滞后现象,对铰间隙的初始运动状态呈现出高度敏感性。

关键词：航天可展结构动力学空间可展桁架结构间隙铰衰减振动微重力

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弹簧驱动空间可展桁架结构设计与分析理论研究

弹簧驱动空间可展桁架结构设计与分析理论研究

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作者：张京街浙江大学

学位级别：博士

可展结构是近四十年内发展起来的一种新型结构,地宇航、建筑结构和军事工程等领域起着重要作用.该文对弹簧驱动可展桁架结构的设计和分析理论进行了深入系统的研究.首先讨论了结构的可展条件和杆系结构展开基本单元的体系判别.给出了五... 详细信息

可展结构是近四十年内发展起来的一种新型结构,地宇航、建筑结构和军事工程等领域起着重要作用.该文对弹簧驱动可展桁架结构的设计和分析理论进行了深入系统的研究.首先讨论了结构的可展条件和杆系结构展开基本单元的体系判别.给出了五种八面体及其派生桁架单元,研究了它们的基本结构特征,分析了这些单元所构造展开单元机构特性、工作机理和几何特性.总结了展开结构设计的基本原理和方法,阐述了主要结构技术指标,概括了设计步骤.展开结构具有与其它结构不同的特性,该文推导了这种展开结构的两种宏单元结构分析的平衡、协调、柔度和刚度矩阵.通过矩阵缩减形成单元的压缩矩阵,推导出应力和位移的分析列式.并对结构进行了静力特性分析、模态分析、频率响应分析.采用笛卡尔坐标系下节点自然坐标系为未知量,利用Lagrange方法建立系统的展开过程分析动力学模型,推导了节点坐标表示的构架可展结构的等效质量矩阵;根据应用于刚体的达朗贝尔原理拉格朗日形式建立了基本动力学方程.研究了非线笥结构分析广义增量算法在临界点与非临界点的特点,阐明了临界点的性质和判定依据.最后对上述研究内容及成果作了中肯的总结,提出了以后待解决的问题.

关键词：或展结构结构设计空间可展桁架结构几何约束方程奇异值分解广义增量法

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双环可展桁架结构动力学分析与试验研究

引用

浙江大学学报（工学版） 2012年第9期46卷 1605-1610,1646页

作者：关富玲戴璐浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

基于广义逆矩阵方法分析双环可展桁架的运动过程,通过数值仿真,得出双环可展桁架在展开过程中的各个状态.经过对比分析可知,对于大口径天线,双环可展桁架的刚度可以比同口径单环可展桁架明显增加.利用上述仿真程序输出的几何模型,进一步... 详细信息

基于广义逆矩阵方法分析双环可展桁架的运动过程,通过数值仿真,得出双环可展桁架在展开过程中的各个状态.经过对比分析可知,对于大口径天线,双环可展桁架的刚度可以比同口径单环可展桁架明显增加.利用上述仿真程序输出的几何模型,进一步对50m双环可展桁架原型建立有限元模型,并进行展开过程中各状态的振动模态分析.对2m天线试验样机采取悬挂法消除重力影响并进行振动模态试验,且将其与有限元计算结果对比,结果表明两者的频率较为接近,验证了有限元动力学分析的正确性.

关键词：空间可展桁架结构双环可展桁架广义逆模态分析

来源：评论

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