[發(fā)明專利]一種太陽翼帆板的等效建模方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810342073.7
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN108959685A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 富佳;駱海濤;轎利闖;劉廣明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

本發(fā)明涉及一種太陽翼帆板的等效建模方法，包括以下步驟：在三維建模軟件中簡化太陽翼帆板模型；使用前后處理軟件對(duì)簡化后的太陽翼帆板模型采用節(jié)點(diǎn)六自由度殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分；太陽帆板中夾芯層鋁蜂窩結(jié)構(gòu)采用三明治夾芯板理論建立動(dòng)力學(xué)仿真分析模型；將鋁蜂窩上、下碳絲網(wǎng)格面板采用均質(zhì)恒厚各向異性層進(jìn)行等效代替，建立有限元模型。本發(fā)明以某型號(hào)衛(wèi)星的太陽電池陣為研究對(duì)象，對(duì)其中復(fù)合材料組件進(jìn)行有限元建模，通過航天通用仿真分析軟件MSC.Nastran對(duì)其展開工況進(jìn)行模態(tài)分析，簡單、可靠、實(shí)用性強(qiáng)，為該型號(hào)電池陣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了重要依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁蜂窩夾層板仿真分析領(lǐng)域，具體地說是一種太陽翼帆板的等效建模方法。

背景技術(shù)

太陽電池陣展開系統(tǒng)由于其負(fù)載的特性是跨度大、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)阻尼弱、連接剛度低，因此其力學(xué)特性非常復(fù)雜。太陽電池陣的動(dòng)力學(xué)性能在衛(wèi)星的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中有著十分重要的作用。因此為保證產(chǎn)品的高可靠度，需要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析。目前航天型號(hào)產(chǎn)品中大量使用復(fù)合材料，復(fù)合材料的有限元建模對(duì)仿真分析結(jié)果的精確性至關(guān)重要。正確的建模方式使得仿真分析的結(jié)果與試驗(yàn)測試的結(jié)果在要求的誤差范圍內(nèi)，確保產(chǎn)品的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

在采用MSC.Nastran、ANSYS等大型通用軟件對(duì)太陽翼帆板進(jìn)行有限元建模仿真計(jì)算時(shí)，這些通用程序中沒有蜂窩結(jié)構(gòu)和篩子行碳絲網(wǎng)格面板的單元庫，使得計(jì)算只能采取等效處理。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種太陽翼帆板的等效建模方法，解決了太陽翼帆板主結(jié)構(gòu)夾層鋁蜂窩結(jié)構(gòu)和碳纖維復(fù)合材料面板建模仿真的問題。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種太陽翼帆板的等效建模方法，包括以下步驟：

步驟1：在三維建模軟件中簡化太陽翼帆板模型；

步驟2：使用前后處理軟件對(duì)簡化后的太陽翼帆板模型采用節(jié)點(diǎn)六自由度殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

步驟3：太陽帆板中夾芯層鋁蜂窩結(jié)構(gòu)采用三明治夾芯板理論建立動(dòng)力學(xué)仿真分析模型；

步驟4：將鋁蜂窩上、下碳絲網(wǎng)格面板采用均質(zhì)恒厚各向異性層進(jìn)行等效代替，建立有限元模型。

所述簡化太陽翼帆板模型包括對(duì)零件進(jìn)行去除圓角、倒角，去除對(duì)主結(jié)構(gòu)無影響的零散輔助件，以及輔助建模分割零件。

所述三明治夾芯板理論為：假定芯層能抵抗橫向剪切變形并且具有相應(yīng)的面內(nèi)剛度，上下碳絲網(wǎng)格服從Kirchhoff假設(shè)，忽略其抵抗橫向剪應(yīng)力的能力，則鋁蜂窩芯層等效為均質(zhì)的厚度不變的正交異性層。

所述等效的均質(zhì)的厚度不變的正交異性層的等效彈性參數(shù)為：

其中，t、l分別為蜂窩胞元壁板的厚度和長度；ρ、E、G分別為鋁蜂窩材料的密度、彈性模量和剪切模量；μ為泊松比；γ為修正系數(shù)，一般取0.4～0.6； E_x、E_y、E_z為三個(gè)坐標(biāo)方向的等效彈性模量；G_xy、G_xz、G_yz為三個(gè)坐標(biāo)面內(nèi)的等效剪切模量；μ_x、μ_y、μ_z分別為X、Y、Z向等效泊松比；ρ_e為等效后的芯層密度。

所述碳絲網(wǎng)格由若干寬度和間距恒定的碳纖維橫縱鋪設(shè)而成。

所述均質(zhì)恒厚各向異性層為保持每層碳纖維總體積不變，將鋁蜂窩上、下碳絲網(wǎng)格面板等效成的等厚的各向異性纖維層。