大型航天器薄膜结构TPI/PEEK/CNT仿生加强肋的拓扑优化方法及FDM成型机理研究

项目名称： 大型航天器薄膜结构TPI/PEEK/CNT仿生加强肋的拓扑优化方法及FDM成型机理研究

项目编号： No.51405305

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 机械、仪表工业

项目作者： 刘大利

作者单位： 上海宇航系统工程研究所

项目金额： 25万元

中文摘要： 　　可展开薄膜结构具有展开面积大、质量轻、收拢体积小等优点，被广泛的应用于薄膜SAR、太阳帆等大型航天器中，可有效降低航天器的研制和发射成本。撕裂和褶皱是空间薄膜结构两种主要失效形式。根据自然界树叶、翅膀等超轻结构中所含有的加强肋具有提高结构刚度和强度的特点，提出采用熔融沉积成型方法在膜结构上成型TPI/PEEK/CNT（空间适应性热塑性复合材料）仿生加强肋。研究仿生膜结构非线性有限元建模方法和拓扑优化方法，为熔融挤出路径提供理论基础；研究熔点高、流动性差的TPI/PEEK/CNT挤出成型机理，采用传热学理论和系统辨识方法建立喷头内外多点加热温度控制模型，采用非牛顿流体力学和熔体输送理论建立挤出压力控制模型，结合水平集合法建立可描述材料沉积固化过程的热-流-固多物理场耦合模型，为成型提供温度、压力控制策略；最后，通过膜结构仿生肋成型实验和抗撕裂、防褶皱测试，验证上述优化方法和成型机理。

中文关键词： 薄膜结构；拓扑优化；3D 打印；加强肋；连续碳纤维

英文摘要： 　　Deployable membrane structure has many advantages，such as large unfolded area, light quality, small volume, Which can effectively reduce the development cost and launch cost of these spacecraft, and has been widely applied to the flexible solar array, f

英文关键词： membrane structure；topological optimization；3D printing；strengthening ribs；continuous carbon fiber