薄膜反射面结构折展方案设计与理论研究

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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。
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