[發明專利]一種用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法

在審

• 申請號: 202310378502.7
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116522551A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 黃煒成;鄒懷武;劉漢武;楊文淼;何東澤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;G06F17/11;G06F119/14
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 曹婷

本發明公開了一種用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法，涉及非線性網結構分析技術領域，解決了現有太空碎片捕獲系統的成本較高且適應性不強的技術問題，其技術方案要點是根據實際繩網系統的幾何形狀，以及被抓取目標的幾何形狀和繩索材料參數對繩網系統進行離散，得到離散繩網系統；通過離散繩網系統的單元受力狀態獲得繩網系統內部的彈性力向量；根據彈性力向量構建離散繩網系統的運動方程；根據運動方程和邊界條件，對離散繩網系統抓取過程的接觸模型進行構建，通過接觸模型對繩網系統的非線性動力學行為進行分析。從而能夠更加快捷、經濟且有效的去除太空碎片。

技術領域

本申請涉及非線性網結構分析技術領域，尤其涉及一種用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法。

背景技術

太空碎片嚴重威脅太空飛行器安全，并隨著人類對于太空探索的增加，太空碎片的安全隱患也愈發嚴重。目前應用較為成熟的機械臂抓取去除法，一方面由于機械臂的設計、制造及發射成本巨大，另一方面由于抓取結構無法廣泛抓取各種形狀的太空碎片，并未取得廣泛的應用。

因此，為了更加快捷、經濟且有效的去除太空碎片，本發明提出一種用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法。

發明內容

本申請提供了一種用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法，其技術目的是更加快捷、經濟且有效的去除太空碎片。

本申請的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法，包括：

S1：根據實際繩網系統的幾何形狀，以及被抓取目標的幾何形狀和繩索材料參數對繩網系統進行離散，得到離散繩網系統；

S2：通過離散繩網系統的單元受力狀態獲得繩網系統內部的彈性力向量；

S3：根據彈性力向量構建離散繩網系統的運動方程；

S4：根據運動方程和邊界條件，對離散繩網系統抓取過程的接觸模型進行構建，通過接觸模型對繩網系統的非線性動力學行為進行分析。

本申請的有益效果在于：本申請所述的用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法，根據實際繩網系統的幾何形狀，以及被抓取目標的幾何形狀和繩索材料參數對繩網系統進行離散，得到離散繩網系統；通過離散繩網系統的單元受力狀態獲得繩網系統內部的彈性力向量；根據彈性力向量構建離散繩網系統的運動方程；根據運動方程和邊界條件，對離散繩網系統抓取過程的接觸模型進行構建，通過接觸模型對繩網系統的非線性動力學行為進行分析。從而能夠更加快捷、經濟且有效的去除太空碎片。

附圖說明

圖1為本申請所述方法的流程圖；

圖2為接觸模型構建過程的示意圖；

圖3為通過接觸模型計算繩網系統與被抓取目標接觸的動態過程示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本申請技術方案進行詳細說明。

如圖1所示，本申請所述的用于捕獲太空碎片繩網系統的非線性動力學分析方法，包括：

S1：根據實際繩網系統的幾何形狀，以及被抓取目標的幾何形狀和繩索材料參數對繩網系統進行離散，得到離散繩網系統。

具體地，所述繩索材料參數包括繩索的彈性模量和密度；所述繩網系統的幾何形狀包括繩網邊長和繩網離散單元長度；所述被抓取目標的幾何形狀包括被抓取目標半徑。

為了模擬繩網結構在機械載荷下的變形行為，對繩網系統進行離散，包括：將繩網的每個邊離散成N個節點，則繩網系統的每個邊擁有3N個自由度，表示為：