充气结构在大型星载天线中的应用

摘要

星载可展开天线是一种重要的空间可展开结构，对国家国防事业有着重要的作用，同时也在民用领域有着广泛的用途，对星载天线的研究有着长远的意义。本文以一种新的大型可展开天线结构为背景，研究了在这种以刚性肋结构为主要支架和充气圆管结构为支撑结构的天线中的充气圆管结构。首先，在查阅大量国内外资料的基础上，对国内外各种大型星载天线的结构形式进行了分析研究，特别对充气硬化空间可展开结构做了深入的研究。在此基础上，提出了刚性结构与充气硬化结构相结合的结构形式，并建立充气圆柱管和圆环管模型。 先从静力分析的角度，利用有限元软件ANSYS对结构中充气圆管进行建模，让膜结构承受一定的外力作用，自然变形，然后再在膜面施加内部压力进行充气膨胀，使膜结构恢复期望形状，并对充气压力、膜面厚度进行优化。 静力分析不足以表现充气结构的动力特性，所以又从动力学角度，对充气圆管的动力特性进行了分析研究。通过ANSYS建立充气结构折叠模型，充分发挥充气结构的优点之一——折叠体积小。并对折叠模型进行网格划分、节点约束；将建立的模型通过LS-DYNA可读的Key文件导出，对其中的关键字进行适当的添加和修改，然后导入LS-DYNA进行求解计算，通过LS-PREPOST来观测计算结果。通过ANSYS对充气圆柱管建模，对充气展开伸展圆柱管的承载能力进行分析；对圆柱管进行Z折叠建模，通过LS-DYNA软件进行充气展开动力分析。 通过对充气圆管的静力和动力两方面分析，说明了充气圆管结构在新型天线中的可行性。

目录

文摘

英文文摘

创新性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外可展开天线研究现状

1.2.2国内可展开卫星天线研究现状

1.2.3国内外发展比较

1.3本文所做工作及目的

1.4本文的主要内容

第2章充气展开结构应用及有限元软件简介

2.1充气结构简介

2.1.1充气结构的优点

2.1.2充气太空结构的研究与应用

2.2充气太空结构的关键技术

2.2.1材料技术

2.2.2结构固化技术

2.2.3结构的表面准确度控制技术

2.3大型有限元软件ANSYS简介

2.3.1 ANSYS的基本组成

2.3.2 APDL语言简介

2.3.3 ANSYS优化设计

2.4显式动态分析软件LS-DYNA简介

2.4.1 LS-DYNA功能特点

2.4.2 LS-DYNA的前后处理

2.4.3显式动力分析的特点

2.5本章小结

第3章充气支撑结构静力分析

3.1引言

3.2材料选择

3.3充气圆柱管结构力学分析

3.3.1承受垂直于管轴向的载荷的有限元分析

3.3.2承受管轴向的载荷的有限元分析

3.4环状充气薄膜圆管静力分析

3.4.1建立有限元模型

3.4.2理想充气圆管变形

3.4.3自然下垂圆环管充气分析及其优化分析

3.5本章小结

第4章充气圆柱管展开动力分析

4.1引言

4.2理论基础

4.2.1控制方程的建立

4.2.2控制方程的有限元离散

4.3 Z-型一折圆柱管有限元模型

4.3.1圆柱管折叠的几何模型

4.3.2建立圆柱薄膜Z-型一折管的有限元模型

4.4 Z-型一折圆柱管动态展开分析

4.4.1控制体积法概述

4.4.2 AIRBAG模型模拟充气膜结构

4.4.3展开过程中自接触问题处理

4.4.4一折薄膜圆柱管充气展开过程动力学模拟

4.5本章小结

第5章充气圆环结构动力分析

5.1引言

5.2充气圆环Z-型折叠展开分析

5.2.1建立有限元模型

5.2.2 Z-型折叠圆环管动态展开分析

5.3充气圆环六折模型展开分析

5.3.1建立有限元模型

5.3.2充气圆环管六折折叠模型动态展开分析

5.4本章小结

第6章总结与展望

致谢

参考文献

读研期间研究成果