项目名称: 太阳能电池阵大转角大扭矩柔性铰链优化设计及动力学特性研究

项目编号: No.51505319

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 张静

作者单位: 太原理工大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 太阳能电池阵存在驱动装置质量大、展开冲击大和动态稳定性差等问题。合理的驱动结构和性能设计可以降低结构质量、减小冲击和振动,成为降低航天器成本和提高其稳定性的重要手段。本项目拟提出一种以变曲率薄板梁和多稳态梁为基本柔性单元的大转角、大扭矩的柔性铰链,基于构型和尺寸优化方法进行柔性铰链的优化设计,并基于非线性有限元方法进行柔性铰链的静、动力学特性研究,得到满足电池阵平稳展开需要的驱动铰链。针对太阳能电池阵中柔性铰链的大变形特性,建立大柔性体-弹性体-刚体耦合的多体动力学模型,进行机构展开过程平稳性分析。基于非线性振动理论,引入柔性铰链的大变形特性,进行展开后结构的非线性动力学模型建立和分析。最终进行柔性铰链和太阳能电池阵的研制,通过展开过程和展开后结构的动力学实验对建立的动力学模型进行验证。与传统设计相比,这种电池阵具有轻质、高稳定性和低成本的特点,具有较高的应用价值。

中文关键词: 太阳能电池阵;柔性铰链;优化设计;柔性多体系统;非线性振动

英文摘要: The problems of solar array are big mass of the driver, large impact and poor stability of the dynamic. Reasonable driver design can reduce the mass, the impact and vibration of the structure. It is an important method to reduce the cost of the spacecraft and improve its stability. This project intends to put forward a flexible joint with characteristics of large rotation angle and torque. Variable curvature thin-walled curved beam and multi-stable beam are the flexible element of the flexible joint. Based on the optimization method of configuration and size, the optimization design of flexible joint is conducted. The static and dynamic characteristics of flexible joint based on nonlinear finite element method are analyzed to get driver joint which satisfies the deploying stability need of deployable structure. Considering the large deformation of flexible joint, large flexible body-elastomer-rigid coupling multibody dynamics model is established to analyze the smoothness of the deployment process. Based on the theory of nonlinear vibration, considering the large deformation features of flexible joint, the nonlinear dynamic modeling and analysis of deployed structure are conducted. Finally, flexible joint and the prototype of solar array are developed. Dynamic experiments of the structure during deploying and deployed are conducted to verify the established dynamic model. Compared with traditional design, this kind of solar array with the characteristics of light weight, high stability, and low cost, has higher application value.

英文关键词: Solar array;Flexible joint;Optimization design;Flexible multibody system;Nonlinear dynamics

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