太陽電池陣鉸鏈機(jī)構(gòu)剛度等效方法

《太陽電池陣鉸鏈機(jī)構(gòu)剛度等效方法》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、第27卷第4期航天器環(huán)境工程2010{II8』JSPACE(’RAFTIN＼7IRONMENTFNGINEFRING467太陽電池陣鉸鏈機(jī)構(gòu)剛度等效方法吳遠(yuǎn)波1，一，杜江華2(1．上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，上海200030：2．上海衛(wèi)星工程研究所，上海200240)摘要：組成鉸鏈機(jī)構(gòu)的各鉸鏈均為可活動的部件，給太陽電池陣的建模和分析帶來很大難度。文章采取試驗(yàn)測定鉸鏈機(jī)構(gòu)剛度并直接代入太陽電池陣有限元模型的方法，通過與試驗(yàn)對比，確定等效的鉸鏈機(jī)構(gòu)剛度值，可大大提高太陽電池陣的建模和分析的精度。關(guān)鍵詞：鉸

2、鏈機(jī)構(gòu)；剛度；太陽電池陣；模態(tài)驗(yàn)證中圖分類號：7442：0241．82文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-1379(2010)04-0467-05DoI：10．39690．issn．1673-1379．2010．04．013O前言衛(wèi)星太陽電池陣一般由若干貼有太陽電池片的基板組成，各基板之間以及太陽電池陣和星體之間通過鉸鏈連接，鉸鏈上裝有盤簧，用于產(chǎn)牛驅(qū)動力矩。在地面運(yùn)輸及發(fā)射過程中，太陽電池陣收攏并壓緊在衛(wèi)星表面。正常工作時(shí)，太陽電池陣通過盤簧產(chǎn)生的力矩自動展開到位并鎖定Ⅲ。太陽電池陣收攏和展開狀態(tài)的模態(tài)參數(shù)

3、(同有頻率、振型等)是太陽電池陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要的技術(shù)要求之一。為此，設(shè)計(jì)過程中需要對其進(jìn)行動力學(xué)建模和仿真分析，獲取模態(tài)參數(shù)。運(yùn)用有限元法，可以較準(zhǔn)確地對基板、連接架等結(jié)構(gòu)元件建模，但如何準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜的鉸鏈一直是太陽電池陣模態(tài)分析面臨的最大難題。事實(shí)表明，鉸鏈剛度對于太陽電池陣展開狀態(tài)的模態(tài)參數(shù)具有決定性影響。本文研究了鉸鏈等效的幾種典型方法，并將直接剛度測量中所采取的分析方法與試驗(yàn)相結(jié)合，確定一個(gè)等效的鉸鏈機(jī)構(gòu)的剛度，通過某型號太陽電池陣展開狀態(tài)模態(tài)的計(jì)算對其進(jìn)行比較驗(yàn)證。l鉸鏈結(jié)構(gòu)典型鉸鏈機(jī)構(gòu)模型如圖l

4、所示。鉸鏈機(jī)構(gòu)是由眾多零部件組成的-日，活動部件，因而必定存在對鉸鏈剛度產(chǎn)生影響的間隙、滑移和彈性接觸等諸多因素。鉸鏈機(jī)構(gòu)集活動機(jī)構(gòu)副功能與連接結(jié)構(gòu)功能于一體，造成了太陽電池陣的展開處于非線性狀態(tài)。對此，既需要從理論上進(jìn)行分析，也需要一種工程上適用的簡單可行的處理方法。圖l典型鉸鏈的展開模犁Fig．1Themodelofatypicalexpandinghinge2鉸鏈機(jī)構(gòu)的等效方法2．1等效梁方法將鉸鏈簡單地等效為梁單元是甲．期太陽電池陣模態(tài)分析時(shí)常用的方法之一，梁單元的材料一般與公鉸和母鉸的結(jié)構(gòu)材料相同

5、。通常有兩種方法確定梁單元的剛度：1)根據(jù)實(shí)際太陽電池陣模態(tài)試驗(yàn)所得到的大量工程經(jīng)驗(yàn)，確定梁單元的截面形狀；2)根據(jù)剛度等效的方法來直接計(jì)算梁單元截面的面積、慣性矩等特性參數(shù)。梁單元的截面積A由試驗(yàn)測試的軸向拉仲剛度確定‘2】：4：型，其中瓦為試驗(yàn)測試的拉伸￡剛度，L為連接單元的長度，E為梁單元材料的彈性模量。梁單元的截面慣性矩，由試驗(yàn)測試相應(yīng)的彎收稿日期：2010．01．25：修回日期：2010．02—23作者介紹：昊遠(yuǎn)波(1978一)，男，主要從事太陽電池陣結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析工作。E—mail：yu

6、anbowu@sina．tom。航天器環(huán)境工程第27卷曲剛度確定‘21：，：Ko_A，E彎曲剛度。2．2等效彈簧及剛度識別其中腸為試驗(yàn)測試的的邊界節(jié)點(diǎn)的位移矢量)和Q(即子結(jié)構(gòu)R和S的邊界節(jié)點(diǎn)力矢量)，則由式(2)可求得等效彈簧T的剛度系數(shù)p】：將單個(gè)鉸鏈簡化為兩端結(jié)點(diǎn)各有6個(gè)自由度的彈簧單元T，通過兩個(gè)鉸鏈副連接的子結(jié)構(gòu)(兩塊板)R和S(圖2)，彈簧單元的等效彈簧T的剛度系數(shù)為‰、‰、k、‰、‰、‰，等效彈簧長度為，。圈爭“圖2組合結(jié)構(gòu)Fig．2Combinations訂uctⅧ『eofahinge一般認(rèn)

7、為系統(tǒng)垂直于板面的彎曲振動與板面內(nèi)的擺動不耦合，則等效彈簧T的單元剛度矩陣可劃分為互不耦合的兩部分【3】：I屯Io屯對稱【叫4氐q／／2。0Ⅷ／q／／2廚屯0噸00‰【．-kd／20—‰+氏∥／矽V／20‰+農(nóng)∥／292c-r，。==[‘氣1。。j。：：，。]。上述系統(tǒng)作自由振動時(shí)，對于連接子結(jié)構(gòu)的等效彈簧T，其運(yùn)動方程可表示為(【置卜-032[MI’)∽‘={Q}I’(1)式中：上標(biāo)t表示等效彈簧T；U即為子結(jié)構(gòu)R和S的邊界節(jié)點(diǎn)在“方向上的位移矢量；Q即子結(jié)構(gòu)R和S的邊界節(jié)點(diǎn)力矢量。忽略彈簧的慣性效應(yīng)(低

8、頻振動時(shí)∞很小)，有：[五]‘{“)‘={Q)。。(2)若可以求得振動試驗(yàn)時(shí)的U(即子結(jié)構(gòu)R和Sp輻’卜礦鉑’p礦帶南飛一褊ab’卜褊‰一褊。有多種不同的方法可以求得“‘和Qt。對子結(jié)構(gòu)R和S，可以同樣列出如式(1)的子結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程，將其子結(jié)構(gòu)自由度按子結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的可測量線位移與不可測量角位移及待識別的界面節(jié)點(diǎn)位移分塊處理，并令子結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)力矢量為0，可由子結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程及可測量自由度位移求出界面節(jié)點(diǎn)力矢量及界