卫星结构设计与分析(上).ppt

4.5 结构材料的应用和发展 特殊性能金属间化合物 新型增强体纤维 新型树脂基体 新型金属基复合材料 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）、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、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名