星载天线的卷曲柔性结构优化设计仿真

摘要

可卷曲的柔性天线是一种新型的星载天线,对天线的结构优化设计是满足高收纳比、高形面精度、轻质等要求的保障.优化设计中,将涉及柔性薄板的卷曲非线性变形、薄板变形与刚体运动耦合等动力学难点问题.针对薄板卷曲大变形的问题,基于Kirchhoff假设对非线性问题进行简化,从理论上分析单个柔性薄板卷曲变形的力学特征,得出了适合工程应用的卷曲薄板的应力、应变分布规律.对刚柔耦合多体系统的动力学问题,在ABAQUS中建立了天线原理样机的有限元模型,定义了刚体、柔体之间的连接与接触,利用显式算法准静态仿真非线性的收卷过程,得出了有伸展臂支撑的薄板的应力空间分布特性,印证了周向应力与卷曲曲率的密切相关性.最后,基于ABAQUS显式分析之间的数据传递功能,导入卷曲分析的结果,并重新定义连接器与边界条件,完成了天线准静态展开过程的模拟,天线阵面在伸展臂支撑下可展开为抛物柱面形状.