半刚性电池基板的结构动力学分析方法

摘要

一种半刚性电池基板的结构动力学分析方法，所述半刚性电池基板包括网格面板，所述半刚性电池基板的结构动力学分析方法包括：按照等刚度原则，进行简化计算，获得简化后的网格面板的几何参数和材料属性；基于所述材料属性计算模拟网面预紧力所需的温度载荷；基于所述几何参数、材料属性和温度荷载建立有限元分析模型，基于所述有限元分析模型计算所述半刚性电池基板的固有特性及对外激励的响应。本发明的技术方案可以建立合理的结构动力学分析计算模型。

说明书

技术领域

本发明涉及半刚性电池基板技术领域的结构动力学分析方法，特别是涉及一种半刚性电池基板的结构动力学分析方法。

背景技术

半刚性电池基板的发明填补了我国在该技术领域中的空白，为了确保基板结构满足设计指标要求，需要对其结构动力学特性进行分析。

同刚性电池基板相比，半刚性电池基板使用玻璃纤维编织网制成网格面板，通过夹具工装施加一定的预紧力，固定在使用碳纤维增强复合材料缠绕而成的框架上，其中网格面板是一种挠性结构，重量轻，大柔度，具有预紧力，随着网格面板的网面预紧力的增加，其刚度显著提高，具有明显的非线性特征。而且半刚性电池基板的结构尺寸较大，网线较密，如果按网格的实际尺寸建模，则模型就会有太多的单元数和节点数，计算工作量大。为快速准确地获得半刚性电池基板的结构动力学特性，有必要建立合理的结构动力学分析计算模型，考虑网格面板的预紧力和非线性，研究网状结构的有限元模拟方法。

因此如何建立合理的结构动力学分析计算模型成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的技术方案解决的技术问题是如何建立合理的结构动力学分析计算模型。

为解决上述问题，本发明的技术方案提供了一种半刚性电池基板的结构动力学分析方法，所述半刚性电池基板包括网格面板，所述半刚性电池基板的结构动力学分析方法包括：

按照等刚度原则，进行简化计算，获得简化后的网格面板的几何参数和材料属性； 

基于所述材料属性计算模拟网面预紧力所需的温度载荷；

基于所述几何参数、材料属性和温度荷载建立有限元分析模型，基于所述有限元分析模型计算所述半刚性电池基板的固有特性及对外激励的响应。

本发明的技术方案可实现不同预紧力条件下，快速计算半刚性电池基板的固有特性，为用通用有限元软件建立半刚性基板结构动力学分析有限元模型提供理论基础，为半刚性太阳电池阵的设计提供可靠依据，取得了提高计算精度、缩短工作周期的有益效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的半刚性电池基板的结构动力学分析方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的简化前的网格面板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的简化后的网格面板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的等效前后网线截面尺寸的比对图。

具体实施方式

半刚性电池基板使用玻璃纤维编织网制成网格面板，通过夹具工装施加一定的预紧力，固定在使用碳纤维增强复合材料缠绕而成的框架上，其中网格面板是一种挠性结构，重量轻，大柔度，具有预紧力，随着网格面板的网面预紧力的增加，其刚度显著提高，具有明显的非线性特征。而且半刚性电池基板的结构尺寸较大，网线较密，如果按网格的实际尺寸建模，则模型就会有太多的单元数和节点数，计算工作量大。为快速准确地获得半刚性电池基板的结构动力学特性，本发明提出了下述技术方案：一种半刚性电池基板的结构动力学分析方法。

如图1所示，所述半刚性电池基板的结构动力学分析方法，包括：

步骤S1，按照等刚度原则，进行简化计算，获得简化后的网格面板的几何参数和材料属性；

步骤S2，基于所述材料属性计算模拟网面预紧力所需的温度载荷；

步骤S3，基于所述几何参数、材料属性和温度荷载建立有限元分析模型，基于所述有限元分析模型计算所述半刚性电池基板的固有特性及对外激励的响应。

所述步骤S1中，等刚度原则是把相邻的n根网线合并为一根，获得所述简化后的网格面板，用一张较稀疏的网格替代原密集的网格。通过调整简化后的网格面板中梁的截面积、拉压刚度、弯曲刚度和扭转刚度，使得简化后的网格面板的模型与简化前的网格面板的模型在相同的载荷作用下，产生相同的变形；网格面板的拉压刚度、弯曲刚度和扭转刚度可通过细致的有限元模型计算或试验测试得到。

所述步骤S2中，通过施加温度载荷，模拟所述简化后的网格面板承受双向预紧力状态。首先在材料常数中加入网线的热膨胀系数                                                ，再根据所要求的预紧力N确定预应力，然后根据广义虎克定律得到预应变，最后给定参考温度，即可得到应在网格面板上施加的温度载荷（公式1）。

所述步骤S3中，基于所述几何参数和材料属性，建立所述有限元分析模型的几何模型并所述有限元分析模型的定义材料属性；基于所述温度荷载定义所述有限元分析模型的载荷和边界条件。

该方法对半刚性电池基板建立了更加合理的结构动力学分析计算模型，建模时考虑了网格面板的预紧力和非线性，可实现对不同预紧力条件下计算半刚性电池基板的固有特性；采用等刚度原则，简化计算模型，保证了分析精度，有效地解决了大规模数值计算的难题。

本发明采取上述计算方法，可实现对不同预紧力条件下快速计算半刚性电池基板的固有特性，为用通用有限元软件建立半刚性基板结构动力学分析有限元模型提供理论基础，为半刚性太阳电池阵的设计提供可靠依据，取得了提高计算精度、缩短工作周期的有益效果。

本发明的方法已经成功应用于某型号半刚性太阳电池阵结构动力学计算，经历了飞行试验考核。

下面结合图1-4详细说明本发明的优选实施例。

所述步骤S1中，按照等刚度原则，如图2所示的原始模型简化为如图3所示的简化模型，把相邻的n根网线合并为一根，把圆截面等效为矩形截面。其中：

（公式2,l1为简化后的网格面板的网格间距，l0为简化前的网格面板的网格间距）；

（公式3，d为圆截面的直径，b为与圆截面等效的矩形截面的长）

（公式4，t为与圆截面等效的矩形截面的宽）

根据双向拉伸试验计算得到网线的弹性模量E（公式1中所示E）。

所述步骤S2中，计算模拟网面预紧力所需的温度载荷。首先在材料常数中加入网线的热膨胀系数，再根据所要求的预紧力N确定预应力，然后根据广义虎克定律得到预应变，最后给定参考温度，即可得到应在网格面板上施加的温度载荷（公式1）。

所述步骤S3中，建立有限元分析模型，根据步骤S1和步骤S2的计算结果，基于所述几何参数和材料属性，建立所述有限元分析模型的几何模型并所述有限元分析模型的定义材料属性；基于所述温度荷载定义所述有限元分析模型的载荷和边界条件，并基于建立的有限元模型计算半刚性电池基板的固有特性及对外激励的响应。

本发明的技术方案可实现不同预紧力条件下，快速计算半刚性电池基板的固有特性，为用通用有限元软件建立半刚性基板结构动力学分析有限元模型提供理论基础，为半刚性太阳电池阵的设计提供可靠依据，取得了提高计算精度、缩短工作周期的有益效果。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。