星载机构的有限元分析与优化

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要星载机构与地面上的机构有所不同，它们工作在宇宙空间，要完成预定的任务，必须经受许多恶劣的环境，如发射过程中的静力过载、在轨运行期间温度场的剧烈变动以及空间的微重力环境等等。本文利用有限元分析技术，对这类机构进行了计算机模拟，预先了解结构在未来工作环境下的应力、应变、位移及固有频率等情况，实时指导设计从而更有效地优化设计方案、保证设计质量，同时又可以减少试制试验次数，使设计周期缩短，成本降低。本文对卫星微波天线双轴定位机构进行了详尽的分析与论证，从静力过载、微重力及模态三个方面入手，首先计算了结

2、构在静力过载条件下的应力和变形分布情况，找出了最大应力和变形出现的部位，同时校核了结构强度;接着分析了结构在空间重力释放情况下的静态刚度;然后对结构进行了模态分析，得到了各阶固有频率及相应振型。最后通过对结果进行分析比较，合理选择了结构的支撑形式以及发射时的最佳静置方式。用于空间激光通信的星载光学终端是在宇宙空间中工作的机构，要求其结构材料要强度高、刚度高而比重小。本文对其进行了静力过载工况以及高、低温工况的有限元模拟，提取了结构的模态振型和固有频率，并对高、低温工况于轴承内外圈变形量的影响进行了预测。最后由分析结果合理地选择

3、了结构材料，从而有效地进行了方案优化。关键词星载机构:有限元分析;方案优化哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThedesignofmachanismsonthesatelliteisquitedifferentfromtheprojectsoftheground,becausetheenvironmentwhichthespacecraftmachanismsareworkinginistheouterspace,andtheymustenduremanybadenvironments,suchasstaticov

4、erloadduringthelaunch,largevarietyoftemperatureandzero-gravityinthespace.Inthispaper,wesimulatedthemachanismsperformanceinsuchworkingconditionsusingthefiniteelementanalysismethod.Themachanism'sstressanddisplacementdistributionunderthelaunchandspacecircumstancearepre

5、dictedduringtheearlystageofstructuredesign,andthenaturalfrequenciesofthemachanismsarealsoextracted.Theanalysisresultsareusedtoprovidereal-timeinstructionsforthedesigninordertooptimizethedesignprojectandassureitsquality,whichresultsinthedecreaseofthetrialmanufacturet

6、imes,theshorteningofdesigncycleaswellasthereductionofcost.Thispapermakesdetailedanalysisanddemonstrationsofthetwo-axlemicrowaveantennapointingmechanismofthesatellite.Fromtheaspectsofstaticoverload,microgravityandmodality,thepaperprovidesthestressanddeformdistributio

7、nsofthestructure,andthelocationofmaximumstressanddeform.Italsochecksthestructuralstrength.throughstimulatinggravityrelease,thepapertestsifthestructurestaticrigiditycansatisfythedesignrequirements.additionallythemodeandinherentfrequencyofthestructurearealsoextracted.

8、Throughthecomparisonoftheanalyzingresults,reasonablesupportingstyleandplacementmethodarepresented.Lasersatcomterminalsarealsoworkintheoute