空间环境下充气囊体热力耦合分析

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1、硕士学位论文空间环境下充气囊体热力耦合分析THERMAL-MECHANICALCOUPLINGANALYSISOFINFLATEDCABININSPACEENVIRONMENT王翼晨哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V414.4学校代码：10213国际图书分类号：533密级：公开工学硕士学位论文空间环境下充气囊体热力耦合分析硕士研究生：王翼晨导师：苗常青副教授申请学位：工学硕士学科：工程力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V4

2、14.4U.D.C:533DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERMAL-MECHANICALCOUPLINGANALYSISOFINFLATEDCABININSPACEENVIRONMENTCandidate：WangYichenSupervisor：AssociateProf.MiaoChangqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffil

3、iation：CenterforCompositeMaterialsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要充气囊体由柔性复合材料制成，具有折叠效率高、发射体积小、重量轻等优点，易构建大型空间舱体结构。充气囊体在轨飞行时，周期性地穿越日照区和阴影区，使囊体处于高低温循环状态中，温度的变化使囊体产生膨胀（收缩）变形和热应力，使囊体的受力变形明显受热力耦合的影响，从而会影响到囊体在轨运行的受力变

4、形特性和振动特性，进而影响囊体的在轨安全及长寿命运行，对囊体的热力耦合分析具有重要工程价值。本课题研究的充气囊体由双层囊壁组成，内囊外囊之间依靠充气桁架结构支撑。对囊体材料的拉伸性能、粘弹性能进行了实验测试，测试得到了囊体材料的粘弹性随温度的变化规律，计算得到了囊体材料的热学参数。通过有限元软件计算了空心夹层充气囊体在太阳辐照下的温度场分布，研究了夹层间距对囊体隔热性能的分析，分析了辐照时间对囊体温度的影响。针对囊体隔热的要求，研究了在空心夹层中填充泡沫对充气囊体隔热性能的影响，并分析了填充泡沫厚度对囊体隔热性能的影

5、响。考虑囊体材料性能随温度变化的情况下，对充气囊体进行了热力耦合分析，分析了不同结构形式对充气囊体热应力的影响，及充气压力对囊体热应力的影响；并分析了热辐射、内压和外载荷作用下充气囊体的受力变形特性。关键词：充气囊体；热力耦合；温度场；热应力；粘弹性-I-AbstractAbstractInflatablecabinswhichismadeofflexiblecompositematerialshavethefeatureslikehighefficiencyoffold,smallvolumeoflaunching

6、,lightinweightandconvenienttoconstructlarge-scalespacecabin.Theinflatablecabinrunningonthetrackbetweensunshineanddarknessinacycle,thetemperaturechangesaswell.Thecabinexpansionandshrinkageandthetensionofthermalstressisduetothechangeoftemperaturewhichalsoresultin

7、thedeformationrelatedtothermal-mechanicalcouple.Thesewillinfluencethedeformationfeaturesandvibrationfeaturesontrackwhichmayshortenthesafetyandlifespanoftheinflatablecabin.Hencetheanalysisofthermal-mechanicalcouplehasagreatsignificantinengineeringarea.Theinflata

8、blecabinsinthisprojectinmadeofdoublecabinwall,thespacebetweentheoutsidewallandinsidewallissupportedbyinflatedtrussstructure.Theprojecttestedthestretchabilityandviscoelastica