基于绝对节点坐标方法的薄膜天线动力学分析

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1、固碩士学位论文＿Ｓ基于绝对节点坐标方法的薄膜ｍ天线动力学分析Ｓｋ作者姓名张腾学校导师姓名、职称杜敬利教授麵企业导师姓名、职称王浩高工申请学位类别工程硕士西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果；也不＾＊含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使

2、用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。減°本人签名：免日期：６，｝！西安电子科技大学关于论文使用授权的说明ｓ］本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，ｉ：研究生在校攻读￥位期间论文：丨：作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文、的复印件，允许查阅借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影、印缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合

3、学位论文研宄成果完成的论文－、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：ｊｆｖ麟导师签名：．０期，：６１／Ｔ，／ＩＩ日期：１／＾Ｊ学校代码10701学号1504122010分类号V414密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于绝对节点坐标方法的薄膜天线动力学分析作者姓名：张腾领域：机械工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：杜敬利教授企业导师姓名、职称：王浩高工学院：机电工程学院提交日期：2018年6月MembraneAnten

4、naDynamicsAnalysisBasedOnAbsoluteNodalCoordinateFormulationAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMechanicalEngineeringByZhangTengSupervisor:DuJingliTitle:ProfessorSupervisor:WangHaoTitle:SeniorEngineerJune201

5、8摘要摘要近年来，随着工程材料的发展，新的材料层出不穷。薄膜作为一种新材料，被应用到星载天线中，空间薄膜可展开天线应运而生。薄膜可展开天线具有成本低、展开可靠性高、大收缩比、单位面积质量小等优点，因而，成为近年来航天科学家关注和研究的热点之一。然而，薄膜在跟随天线展开过程中很容易发生柔性变形，进一步影响到薄膜天线的工作精度。因此，对薄膜的动力学研究很有必要。与传统有限元方法相比，绝对节点坐标方法针对柔性系统的大变形、大转动问题能够更加精确地描述柔性体的运动，从而为薄膜的动力学研究提供了一个直接有效的思路。基于绝对节点坐标

6、方法，本文以薄膜天线为研究对象，首先研究了矩形板单元的动力学特性，接着将矩形板单元扩展至四边形板单元，最后将板单元的理论方法应用于薄膜天线的动力学分析中，具体的工作如下：1.利用绝对节点坐标方法研究了矩形板单元的力学特性。通过对矩形板单元的几何表示，证明了引入的节点坐标矢量和形函数能够对任意一点的刚体运动进行描述。推导了矩形板单元的质量矩阵、弹性力矩阵、刚度矩阵、广义外力矩阵，分别通过矩形板单元模型的静力学算例和单摆算例对单元的收敛性以及该单元模型的正确性进行了验证。2.将矩形板单元推广至四边形板单元，研究了基于绝对节点

7、坐标方法的四边形板单元。建立了四边形板单元的运动方程，推导了四边形板单元的质量矩阵、弹性力矩阵、刚度矩阵和广义外力矩阵，并通过静力学和动力学分析验证了所提方法的合理性。3.对薄膜反射面进行力学分析。首先在ANSYS中建立薄膜反射面模型，完成对整个反射面收拢过程的静力学分析；然后利用第二章和三章所提方法在MATLAB中建立薄膜反射面模型，并取模型的六分之一子结构完成动力学分析。4.研制了伞状薄膜可展开天线样机。首先设计了样机收拢机构并贴附薄膜，搭建了实验系统；然后利用摄影测量法获得了天线样机工作状态的形面精度；最后将所测实

8、验数据进行后处理并与理想抛物形面进行了对比，分析了误差产生的原因。关键词：绝对节点坐标方法，薄膜天线，矩形板单元，四边形板单元，动力学分析IABSTRACTABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofengineeringmaterials,newmaterialsemerge