充气可展式月球基地结构设计与热防护分析研究

摘要

月球探测是深空探测计划的起点，建设月球基地是人类殖民外太空的第一步，也是最重要的一步。在各种月球基地的结构形式中，充气可展式月球基地具有高折叠率、高体积/重量比等优点，拥有良好的应用前景，对充气可展式月球基地进行方案设计、理论分析和数值模拟研究对于实现载人登月具有重要意义。
　　本文设计了一种新型的充气可展式月球基地方案，它由空间可展开梁与柔性热防护层合薄膜组成，可展开梁是主要的承载构件，层合薄膜起到部分承载、防护等作用，可实现沿环向和纵向展开。针对该方案，采用通用有限元软件ANSYS开展结构承载分析与防热分析研究。首先，设计了月球基地可展开梁构件的9组不同拓扑形式方案，详细分析其强度与刚度，选取其中一组方案作为最优可展开梁构件设计方案，并对选择的设计方案进行了结构分析，包括静力分析、模态分析与动力响应分析。其次，选取7组层合薄膜设计方案，进行了一维稳态热分析，选择热防护性能较好的一组方案作为充气可展式月球基地的层合薄膜设计方案。最后对月球基地进行了三种工况下的稳态热分析，分析结果表明，充气可展式月球基地具有较好的热防护性能。这些研究成果可以为充气可展式月球基地的方案选型、结构设计与热防护系统设计提供参考。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 结构分析与热分析基础

2．1 弹性力学及传热学基础理论

2．1．1 弹性力学基本方程

2．1．2 传热学基础理论

2．2 有限元理论

2．2．1 有限元法的基本概念

2．2．2 几何非线性问题的有限元法

2．3 ANSYS软件介绍

2．4 本章小结

第3章 充气可展式月球基地结构设计

3．1 充气可展式月球基地结构设计

3．1．1 总体设计

3．1．2 空间可展开梁设计

3．1．3 层合薄膜设计

3．2 充气可展式月球基地分析有限元模型

3．2．1 建模与网格划分

3．2．2 边界条件与载荷条件

3．3 设计方案结构分析

3．3．1 强度分析

3．3．2 刚度分析

3．4 月球基地结构分析

3．4．1 静力分析

3．4．2 模态分析

3．4．3 动力响应分析

3．5 本章小结

第4章 充气可展式月球基地热防护分析

4．1 薄膜热防护设计

4．1．1 月球热环境分析

4．1．2 月球基地热分析理论

4．1．3 薄膜热防护设计

4．2 月球基地热分析

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献