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小卫星机构运动仿真与结构动态特性分析研究

黄元林  
【摘要】:小卫星的研究与开发工作是当今世界上各航天大国重点发展的领域,其中结构设计与结构动态特性分析是小卫星设计的基础工作之一。航天清华小卫星技术有限公司在研的小卫星采用的是三层框架式结构,本文的研究工作主要在其结构方案的设计与分析中展开,内容包括对结构方案虚拟设计、机构运动仿真和动态干涉检验、基于有限元的动力学分析和动态特性改进,对样星结构系统的试验模态分析等。 在机构运动仿真和动态干涉检验中,对太阳能帆板和小卫星天线机构的运动进行了仿真,并对天线机构的动态干涉检验进行了研究。在动态干涉检验分析中,对干涉检验原理和天线层这一研究对象进行了介绍,随后进行了计算模型的建立和分析。应用 UG NX/Motion 软件,对运动天线和响应天线之间的干涉现象进行了研究,对存在的设计问题进行了改进,获得了合理的结构。 在基于有限元的小卫星结构动力学分析中,主要进行了几个方面的研究:小卫星的有限元数字建模研究,讨论了数字建模中的单元选择、模型简化等几个问题,并提出了相应的解决方法。在确定相应的材料属性、单元类型、边界条件、网格划分以及模态提取方法的前提下,对小卫星结构系统进行了模态分析;建立了小卫星结构系统的有限元模型,并进行了模态分析,为试验模态分析对比研究提供了基础;结合基于有限元的小卫星结构动力学分析结果,参照固有频率的设计要求,对星体框架结构进行了改进设计,使其达到了设计要求。 在试验模态分析中,重点探讨了基于锤激法的样星结构系统的振动模态分析试验。对试验系统的设计及原理进行了介绍,针对小卫星样星结构系统的特点,分别设置结点,对小卫星样星结构系统进行了 X、Y 向激振试验,应用模态分析软件 DASP 对获取的试验数据进行了分析,获得了样星结构系统的模态参数,结合有限元模态分析结果对试验结果进行了对比分析。


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