基于有限元分析的卫星承力筒静力试验技术

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1、目录1基于有限元分析的卫星承力筒静力试验技术.................高雪峰，袁建军，张建刚7小批量生产时质量控制图的制作与应用.......................................................沈钰健基于有限元分析的卫星承力筒静力试验技术高雪峰袁建军张建刚（上海交通大学）摘要：有限元分析将卫星承力筒连续体离散为有限数目互相连接的单元体，建立简化的、合理的数值分析模型，并进行详细的变形分析。数值分析结果为承力筒静力试验提供重要参考依据，确定测点数目、测点位置、加载方式以及载荷范围等，提高了试验的合理性和有效性。关键词：有限元分析、卫星、承力筒、

2、静力试验ThestatictesttechnologyofsatellitebearingcylinderbasedonfiniteelementanalysisGaoXuefeng,YuanJianjun,ZhangJiangang（shanghaiJiaoTongUniversity）Abstract:Usingfiniteelementanalysis,thesatellitebearingcylindercontinuumisdiscretizedintoalimitednumberofinterconnectedunitbody,thencanestablishasimplified

3、,reasonablenumericalanalysismodelandadetailedanalysisofthedeformation.Numericalanalysisresultsprovidesimportantreferenceforthestatictestofbearingtube,determinesthenumberofmeasuringpoint,thepositionofmeasuringpoint,theloadingmode,theloadrangeetc,improvestherationalityandeffectivenessoftest.Keyword:fi

4、niteelementanalysis,satellite,bearingcylinder,Thestatictesttechnology引言有限元方法是随着计算机应用而迅速发展起来的一种具有坚实理论基础和行之有效的数值分析工具，已经广泛应用于航空、航天等工程领域，所起作用也从最初的分析校核扩展到优化设计和试验验证。卫星结构研制过程应用有限元法的优点在于能够应用规则的离散单元来模拟任意形状的复杂结构，近似地获得结构的力学特性，弥补了解析方法在解决工程实[1]际问题方面的局限性。卫星承力筒是卫星主结构的一种主要表达形式，是卫星结构中的“脊梁”，是从运载火箭到卫星的主要载荷传递路径，通常需要考虑到

5、卫星发射时的稳态和瞬态载荷作用来设计主结1构，其强度和刚度是其重要技术指标。为此在卫星研制的方案阶段需要根据研制生产的试验件开展静力试验，来验证结构设计的刚度和强度是否满足卫星总体指标要求。试验前通过有限元分析对承力筒建立简化的、合理的数值分析模型，并进行详细的变形等分析。得出的数值分析结果为试验提供重要参考，确定测点数目、测点位置、加载方式及载荷范围等。以确保其静力试验的有效性，避免试验过程中对承力筒产生破坏，使试验方案做得合理、经济、风险降到最低。1有限元分析基本方法目前有限元分析广泛应用的变分原理，即虚位移原理，并根据该原理导出结构静、动力问题的以位移为参数（位移法）的有限元方程。其基本

6、思想是将连续体（场）离散为有限数目互相连接的单元体（场），并使单元体的特性集合能够反映连续体（场）的整体特性，其方法的实质就是将一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题，并运用数值方法近似求解。与解析方法比较，具有求解简单快捷，工作量小，适应面广的优点。有限元分析在卫星结构研制中主要采用虚位移原理进行分析，MSC.NASTRAN作为一款流行的大型通用结构有限元分析软件，初始是NASA为适应各种工程问题而开发的多用途有限元分析程[2]序，目前已广泛应用于卫星结构的有限元分析。2承力筒的有限元分析2.1承力筒组成卫星承力筒由筒壁蜂窝板、端框、法兰、连接支架、角片、桁条组成，具体如图1所示。

7、2.2承力筒有限元模型建立承力筒结构有限元分析模型创建，严格按设计几何尺寸建立，其中桁条、法兰，及端框与筒体之间采用有限元分析软件的MPC（Multi-pointconstraints，多点约束）连接，根据使用工况，将荷载施加于分析模型上；材料常数设置按设计方提供的数值。进行多次试算，最终确定结果合理的模型。2.2.1单元除端框采用实体单元外，将其他所有组件视为板或壳体，采用壳单元最小单元边长设置