空间太阳电池阵作为航天器的能量来源,是航天器关键组成部分之一,电池阵的使用寿命往往决定了航天器的使用寿命。然而空间太阳电池阵在太空中工作时,因为热环境的复杂性,电池阵容易出现损伤破坏导致能量转换效率的下降甚至失效,最终导致航天器的瘫痪。因此分析空间太阳电池阵多层结构在空间复杂热环境下的热应变分布,揭示电池阵失效机理,是我国导航卫星、载人航天、深空探测等重大专项工程的实际需求,具有十分重要的意义。本文针对传统方法难以测试电池阵复杂多层结构的表面以及层间全场热应变分布问题,基于DIC(数字图像相关)测试方法,搭建了非接触式表面应变测试系统以及微观层间应变测试系统,测试了电池阵基板表面、电池组件表面和电池组件厚度方向的热应变分布。结合有限元仿真分析,获得了电池阵在特定温度场下热应变分布规律,为进一步揭示电池阵结构失效机理提供了理论依据和实验支持。主要工作如下:首先,本文阐述了课题研究背景和意义。介绍了空间太阳电池阵的基本构成,并从理论计算和试验方法两个角度对太阳电池阵热力学分析的国内外研究现状进行了调研,发现目前对于电池阵多层结构在不均匀温度场下的热应变分布规律研究还鲜见报道。提出了运用数字图像相关测试方法来分析电池阵表面和厚度方向的热应变分布。其次,本文介绍了数字图像相关测试方法的基本原理,并说明了数字图像相关测试的测试系统和实验技术。设计了两组参考实验来验证数字图像相关测试方法在测试不同应变量级下的可靠性和有效性。随后,本文设计了仿太阳辐射的温度加载系统来给电池阵施加上下表面存在温差的温度场,搭建了非接触式表面应变测试系统以及微观层间热应变测试系统,分别测试了电池阵基板表面、电池组件表面和电池组件厚度方向的热应变,获得了电池阵热应变分布规律,观察到了电池组件多层结构分层的破坏形式。最后,本文采用ABAQUS有限元软件对太阳电池阵进行了建模。通过热传递模型获取了电池阵沿厚度方向的温度场;通过三维有限元模型获得了基板面内以及电池片面内的热应变分布;将三维有限元模型简化为二维,或得了层间热应变分布。仿真结果与实验结果一致,证明了数字图像相关测试方法测试空间太阳电池阵热应变分布规律的有效性。