空间可展天线支撑结构热-结构分析

摘要

空间可展结构常作为空间可展天线等的可展机构与支撑结构。随着航天工程需求的提高和技术的进步，以碳纤维增强复合材料为代表的先进复合材料和各种新型的空间可展结构体系成功应用于任务各异的航天器结构，但热设计与热分析仍是该领域主要关切问题。本文以碳纤维增强环氧树脂基复合材料空间可展天线典型支撑结构为研究对象，对其在轨热辐射空间环境下的瞬态温度场和热弹性响应进行分析，并对其材料进行热力学参数测试，以及对薄壁管进行地面热环境模拟和热变形试验。
　　首先以碳∕环氧复合材料的热物理性能理论为依据，对材料热参数进行测定试验，得到材料热参数的合理计算模型和计算数据；以复合材料力学经典层合板理论为基础，得到薄壁杆件的热弹性数值计算模型和分析方法。
　　对薄壁管进行真空辐射试验，真空度优于10-3、高温达60C、低温达-130C，提取试件特征位置处的瞬态和稳态温度场测定数据，并采用低温应变片测试特征点应变时程；对真空辐射试验进行数值模拟，比较改进数值模拟计算方法和材料参数特性。
　　对薄壁杆框架支撑结构在地球同步轨道下的瞬态温度场进行数值模拟，得到精确连续的瞬态温度场时程分布结果，分析轨道典型位置处的温度分布规律；计算框架结构的热应力和热变形，并分析典型工况热弹性响应规律；分析结构动力特性和阴影处瞬态热振动响应，给出瞬态热应力、位移等结果。
　　最后，分析了预应力空间索膜阵面热响应，给出了预应力薄膜阵面和预应力索杆结构的热真空辐射环境下的瞬态温度场和热弹性结果。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 空间可展天线支撑结构

1.3 空间可展结构热分析研究概况

1.4 本文研究背景和意义

1.5 本文主要研究内容

第二章 碳∕环氧材料和构件热性能分析

2.1 引言

2.2 碳纤维增强材料热性能分析

2.3 空间轨道环境特性

2.4 结构热分析理论

2.5 结构热弹性计算

2.6 碳纤维薄壁构件空间热分析

2.7 本章小结

第三章 碳∕环氧薄壁杆件地面热模拟试验分析

3.1 引言

3.2 热模拟试验概述

3.3 试验方案及方法

3.4 试验结果及数据分析

3.5 真空热辐射试验温度场数值模拟

3.6 本章小结

第四章 薄壁杆框架支撑结构热分析

4.1 引言

4.2 薄壁杆框架温度场数值分析

4.3 薄壁杆框架热弹性数值分析

4.4 薄壁杆框架热振动数值分析

4.5 本章小结

第五章 预应力可展结构体系热分析

5.1 引言

5.2 预应力薄膜阵面热分析

5.3 预应力索杆桁架热分析

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 主要结论和创新点

6.2 今后的研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文