Разработка методов анализа динамики и оценки работоспособности раскрывающихся крупногабаритных космических конструкций ферменного типа

• Автор: Зимин, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.06, 05.07.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 309 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1. Разработка метода анализа процесса

раскрытия ферменных крупногабаритных космических конструкций

1.1. Описание раскрывающихся ферменных конструкций .

1.2. Особенности построения математических моделей крупногабаритных космических конструкций.

1.3. Модели раскрытия осесимметричной ферменной конструкции

1.3.1. Простейшая модель в виде цепочки масс и пружин

1.3.2. Модель в виде цепочки складывающихся стержней

1.4. Одностепенная модель раскрытия многозвенной ферменной конструкции

1.5. Модель установки элементов конструкции на упоры

и фиксаторы
1.6. Численный анализ динамики раскрытия ферменной самораскрывающейся крупногабаритной конструкции
2. Частотные испытания конструкций раскрывающихся ферменных зеркальных космических антенн
2.1. О коррекции моделей.
2.2. Констрзкции рефлекторов ферменных антенн.
2.3. Закрепление конструкций антенн и аппаратурное обеспечение частотных испытаний.
2.4. Результаты частотных испытаний
2.5. Испытания ферменного рефлектора из композиционного материала.
2.5.1. Конструкция ферменного рефлектора
2.5.2. Результаты испытаний.
3. Оценка влияния жесткостных характеристик отдельных элементов ферменной конструкции
на ее динамические характеристики.
3.1. Исследование жесткостных характеристик стержней
3.2. Расчет динамических характеристик раскрывающейся ферменной космической конструкции.
3.3. Расчет ферменной конструкции, стержни которой выполнены из композиционного материала
4. Анализ прочности элементов раскрывающихся ферменных крупногабаритных космических конструкций.
4.1. Кинематические соотношения при раскрытии ферменного рефлектора
4.2. Конечноэлементная модель для расчета напряженнодеформированного состояния элементов рефлектора антенны
4.3. Частоты и формы собственных колебаний антенны
4.4. Расчет напряженнодеформированного состояния трубчатых элементов ферменной конструкции.
4.5. Простейшая расчетная схема для оценки нагрззок, действующих на стержневые элементы ферменной конструкции
в момент се полного раскрытия.
5. Разработка принципов моделирования динамического поведения крупногабаритных ферменных конструкций при их раскрытии из транспортного положения и в процессе эксплуатации
5.1. Моделирование и критерии подобия динамического процесса раскрытия ферменной конструкции на основе анализа размерностей
5.2. Приближенное моделирование раскрытия космической конструкции на основе физических уравнений
Выводы
Список литературы


Объясняется это конструктивными особенностями складывающихся и диагональных стержней. Для диагональных стержней разброс составлял порядка , однако для складывающихся стержней разброс был более значительным отношение жесткости трубчатого элемента к экспериментально полученным значениям изменялось в диапазоне 2,9г,6. Это обусловлено разбросом жесткостных свойств собственно шарниров, расположенных в середине каждого складывающегося стержня. В модели диагональные и складывающиеся стержни были представлены в виде составных неоднородных стержней постоянного сечения. Условные модули упругости материалов участков данных стержней определялись на основе результатов испытаний на растяжение стержней реальной конструкции. Четвертая глава посвящена анализу прочности элементов при раскрытии ферменных конструкций. Анализ прочности производится в два этапа. На первом этапе ведется расчет раскрытия конструкции в предположении, что все ее элементы являются абсолютно твердыми телами и определяется поле скоростей данных элементов в момент установки их на упоры. На втором этапе исследуется изменение напряженнодеформированного состояния упругой конструкции во времени при заданных полученных на первом этапе начальных условиях. При этом производится согласование расчетной модели раскрытия с конечноэлементной моделью конструкции в раскрытом рабочем состоянии. Проведенный анализ напряженнодеформированного состояния трубчатых упругих стержней ферменной конструкции показал, что характер изменения максимальных и минимальных напряжений во времени практически один и тот же. Рассматриваемые напряжения соответствуют, в основном, трубчатым элементам, расположенным на периферии рефлектора антенны. Это объясняется тем, что ударный характер нагрузки определяется начальными скоростями, наибольшие значения которых достигаются именно на периферии конструкции. Несимметричность распределения по поясам максимальных и минимальных напряжений объясняется несимметричностью самой структурной конструкции, обусловленной конкретной схемой выполнения нижнего пояса. Наибольшие напряжения в стержнях определяются уровнем первоначальной потенциальной энергии пружин, обеспечивающих раскрытие конструкции Р транспортного плотноупакованного состояния в рабочее и поддержание требуемой формы при эксплуатации на орбите. Уменьшение уровня первоначальной потенциальной энергии пружин соответственно уменьшает угловые скорости стержней в момент Зстановки их на упоры, т. Пятая глава посвящена разработке принципов моделирования динамического поведения крупногабаритных ферменных конструкций при их раскрытии из транспортного положения и в процессе эксплуатации. В заключении сформулированы выводы, которые сделаны по выполненной диссертационной работе. Основные результаты диссертационной работы были опубликованы в научных статьях, из них 7 в рецензируемых научных журналах Перечня ВАК. Теоретические положения и практические результаты докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях, Восьмом и Девятом Всероссийских съездах по теоретической и прикладной механике. Комплексный подход к анализу динамики раскрывающихся крупногабаритных космических конструкций ферменного типа на основе совокупности разработанных моделей. Комплекс методик, алгоритмическое и программное обеспечение для эффективного выполнения проектных расчетов и анализа различных вариантов компоновки конструкций. Методика оценки влияния массовых характеристик элементов конструкций ферменного типа на динамику и параметры раскрытия. Методика оценки влияния жесткостных характеристик элемен . Метод оценки работоспособности раскрывающихся крупногабаритных конструкций ферменного типа на этапе их создания. Определяющие критерии для моделирования процесса раскрытия крупногабаритных конструкций ферменного типа при проведении испытаний в земных условиях. Полученные научные результаты использованы при создании раскрывающихся крупногабаритных космических антенн ферменного типа в ОКБ МЭИ, НПО Машиностроения и ГК НПЦ им. М.В. Хруничева.