卫星结构设计与分析(上)-李建辉.ppt

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1、卫星结构设计与分析（上）汇报人：李建辉2018年9月7日目录第一章概论第二章技术基础第三章卫星结构基础第四章卫星结构材料第五章卫星结构分析第六章卫星结构设计的验证第一章概论1.1概念与范畴1.2卫星结构和机构的功能1.3卫星结构和机构的特点和原则1.4卫星结构和机构的分类1.5卫星结构和机构的研制程序1.6技术的发展和展望1.1概论卫星结构卫星机构卫星机械分系统1、设计2、制造3、试验1.2卫星结构和机构功能卫星结构卫星机构承受载荷安装设备提供构型互相分离承受或解锁紧固或链接展开位置及形状指向规定目标1.3卫星结构和机构设计的特点和原则设计特点尽

2、量减少质量利用有限容积突出刚性设计适应空间环境保证高度可靠满足一次使用设计的综合性和迭代性设计原则继承现有设计基础保持简单设计设计风险意识设计的工艺条件设计的经济性1.4卫星结构和机构分类粒子探测器卫星探月LCROSS二级载荷适应器1.4卫星机构分类功能划分1、压紧与释放机构2、展开机构3、驱动机构4、连接于分离机构NASA发展高级太阳能池阵1.5卫星结构和机构的研制程序综合分析方案设想提出攻关项目方案设计方案验证方案评审关键技术攻关初步设计和分析零部件制造、验收及产品装配正样分析正样设计出厂评审验收试验初样设计制定试验规范初样分析设计评审初样产

3、品装配零部件制造零部件验收鉴定实验初样阶段评审制定验收规范可行性论证方案阶段初样阶段正样阶段1.6卫星结构和机构技术的发展和展望卫星结构技术本体技术可展开附件防热结构新型结构卫星机构技术压紧释放、展开驱动连接与分离机构新型机构新需求、新技术新材料、复合材料的应用新设计理念和分析方法的应用第二章技术基础2.1概述2.2结构动力学2.3复合材料力学2.4结构有限元法2.5结构优化方法2.6计算机辅助设计2.1概述结构力学复合材料力学有限元法结构优化结构热效应和热变形可靠性理论、热力学理论等等2.2结构动力学结构动力学三要素：系统（结构）、输入（激励）

4、、输出（响应）系统分类：线性和非线性，保守和非保守系统结构动力学基本方法：分析和实验结构动力学方程：连续系统偏微分和集中参数常微分方程分析与求解：理论分析、数值分析和综合技术等2.2结构动力学单自由度系统的自由振动无阻尼自由振动有阻尼自由振动单自由度的受迫振动简谐激振周期激振任意激振多自由度系统的振动方程建立基本概念固有频率和固有模态的特性多自由度系统的振动方程建立拉格朗日数目与自由度相同计算系统动能与势能基本概念特征方程固有模态归一模态钢体模态固有频率和固有模态模态正交性——刚度矩阵K与质量矩阵M展开定理——包括位移和能量展开特征值有序性——特

5、征值排列特征值隔离定理2.3复合材料力学合材料力学是研究复合材料本身力学性质的学科。一般为纤维增强，是一种比较特殊的不均匀的各项异性材料。单向材料层合材料复合材料力学1、微观复合材料力学2、宏观复合材料力学2.3复合材料力学层合复合材料刚度分析为避免拉弯耦合或者拉剪偶尔，通常对称铺设层合复合材料硬度分析不是单纯线性相加，以首层破坏为破坏强度，或者以末层破坏加以安全系数2.4结构有限元法有限元的核心一是求PDE(偏微分方程)的近似解，二是离散化(discretization)。有限元方程的建立结构离散化虚位移原理有限元基本方程线弹性有限元方程分析单

6、元力学性能计算等效节点建立整体结构平衡方程应用位移边界条件计算单元应变及应力选择位移方程有限元法分析过程2.4结构有限元法弹簧元板单元体单元梁单元壳单元杆单元2.5结构优化方法数学规划法是运用数学规划和优选法区寻求设计变量的最优解。结构优化法最优化设计的数学命题设计变量约束条件目标函数最优化方法数值迭代方法点列收敛柯西准则终止准则，理论值与近似值最优化算法无约束优化有约束优化1、直接法2、转换成无约束法优化算法分为：梯度下降学派和牛顿法学派2.6计算机辅助方法结构分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS体分析能力排名：1、A

7、NSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC由于NASA的关系，MSC在航空和军工行业具有一定优势。CAD计算机辅助几何造型CAE运动学分析结构有限元分析CAM结构设计/制造一体化第三章卫星结构设计3.1概述3.2卫星结构的工作环境3.3卫星结构的载荷3.4卫星结构的设计要求3.5卫星结构的设计方案3.6卫星结构的详细设计3.2卫星结构的工作环境地面环境再入环境再轨环境发射环境1、起飞和地面噪声2、最大气动载

8、荷3、稳态飞行4、级间分离5、整流罩分离6、星箭分离1、真空2、热辐射3、带电粒子辐射4、紫外辐射5、原子和分子粒子6、微流星和空间碎片