挠性航天器刚柔耦合动力学建模与仿真研究

摘要

随着航天技术的发展，现代航天器通常都带有大型挠性附件，使得挠性航天器刚柔耦合动力学得以快速发展。弹性变形和刚体运动的耦合效应是刚柔耦合动力学的核心特征。两种运动的耦合作用，导致航天器的动力学行为非常复杂。因此，研究挠性航天器刚柔耦合动力学具有重要的意义。
　　本文推导了线弹性体和非线性弹性体的Hamilton原理，并以悬臂梁和非线性悬臂梁为例进行了仿真分析。推导了刚体动力学的Hamilton原理，并对加载激励力矩后的刚体姿态角的变化进行了仿真分析。建立了刚—线弹性耦合动力学的Hamilton原理。通过推导刚—线弹性耦合动力学Hamilton原理的驻值条件，建立了刚—线弹性耦合动力学模型。将航天器主体简化为中心刚体，太阳能帆板简化为悬臂Eular-Bernoulli梁，对其振动响应特性进行了仿真分析。建立了刚—非线性弹性耦合动力学的Hamilton原理。通过推导刚—非线性弹性耦合动力学的Hamilton原理的驻值条件，建立了刚—非线性弹性耦合动力学模型，揭示了刚—非线性弹性耦合动力学模型中弯曲和拉压的耦合效应。应用Lagrange方程，建立了刚柔耦合动力学的控制方程。这不仅将Lagrange方程推广应用于连续介质力学领域，同时也表明应用Lagrange方程研究耦合动力学是一条可行的途径。

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第1章 绪论

1.1 背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 刚柔耦合动力学的研究方法

1.4 本文主要研究内容

第2章 弹性体和刚体的非耦合动力学模型

2.1 引言

2.2 弹性动力学的Hamilton原理

2.3 刚体动力学的Hamilton原理

2.4 本章小结

第3章 刚柔耦合动力学建模与仿真

3.1 引言

3.2 挠性航天器刚—线弹性耦合动力学的Hamilton原理及仿真

3.3挠性航天器刚—非线性弹性耦合动力学的Hamilton原理及仿真

3.4本章小结

第4章 应用Lagrange方程研究刚柔耦合动力学

4.1 引言

4.2 基本概念

4.3 刚柔耦合动力学的Lagrange方程建模

4.4 应用举例

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢