卫星结构设计与分析(上)课件.ppt

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1、卫星结构设计与分析马佳2019.01.0201概论02技术基础05卫星结构分析04卫星结构材料目录Contents03卫星结构设计06卫星结构设计验证1卫星结构和机构概论●卫星结构和机构的功能●卫星结构机构设计特点●卫星结构机构分类●卫星结构机构研制程序卫星结构和机构概论结构机构功能卫星结构和机构概论结构机构设计特点和原则三化：通用化、系列化、组合化卫星结构和机构概论卫星结构和机构的分类结构●按照载荷分类主结构和次结构●按照结构分类承力结构、密封结构和防热结构●按照部件形状分类杆系结构、板式结构、壳体结构机构●压紧释放机构●展

2、开机构●驱动机构●连接分离机构研制程序分析任务需求，提出初步方案设想，针对方案中的难点突出攻关项目可行性论证阶段①方案设计②初步设计和分析③方案验证④方案评审方案阶段①初样设计分析②产品实现过程③制定验收规范④制定试验规范⑤鉴定试验⑥初样阶段评审初样阶段①正样设计和正样分析②产品实现和验证③出厂评审正样阶段卫星结构和机构概论卫星结构和机构的研制程序2技术基础●概述●结构动力学●复合材料学●结构有限元法●结构优化方法●计算机辅助设计方法结构动力学复合材料有限元法结构优化技术基础概述技术基础技术基础结构动力学响应分析参数识别载荷识

3、别技术基础单自由度系统00技术基础复合材料力学复合材料力学是研究复合材料本身力学性质的学科，包括对材料刚度、强度等基本力学性能的分析。目前在卫星结构中应用的复合材料一般为纤维复合材料，它具有严重各向异性。单向材料层合材料复合材料的铺层方式有4个要素：层数，各层纤维角，各层厚度和各层排列顺序。技术基础复合材料力学为了满足复合材料刚度的要求，则不希望在复合材料的结构设计中出现拉弯耦合或拉剪耦合效应，因此复合材料的铺设采用对称方式设计。纤维复合材料的强度，包括各跟纤维或纤维束的强度和同一根纤维沿纤维方向的强度分布，基体和纤维因裂纹和

4、缺陷所带来的影响等，具有随机性质，因此采用统计力学的方法可能会得到更好的结果。纤维多相对为脆性（承力），基体相对为韧性（保护、传递）。层合复合材料的强度分析一般采用首层破坏强度作为材料的破坏强度。技术基础结构有限元法卫星的结构分析目前主要采用有限元法，尤其是主要结构部件和整个卫星的结构分析。有限元的基本思路是：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将连续体（场）的整体特性。结构离散化选择位移函数分析单元力学特性计算等效节点建立整体平衡方程应用条件求解方程计算单元应力应变有限元分析过程技

5、术基础结构有限元法技术基础结构优化方法结构优化设计的数学命题包括三个部分：●设计变量●约束条件●目标函数技术基础计算机辅助设计方法卫星计算机辅助结构件的计算机辅助造型零件造型装配装配品质检查二维工程设计CAD质量分析模型和图形交换机构的计算机辅助机构分析几何建模机构的运动性运动仿真结果处理结构有限元分析零件分析装配结构的建模和运算计算和后处理制造一体化CAM模型准备模型转换数控编程快速样件制造3卫星结构设计●概述●卫星结构的工作环境●卫星结构的载荷分析●卫星结构的设计要求●卫星结构的方案设计●卫星结构的详细设计卫星结构设计卫星

6、结构工作环境卫星结构设计卫星结构工作环境地面环境：●地面自然环境●制造●操作●储存●运输●地面试验发射环境：●起飞和地面噪声●最大气动载荷●稳态飞行●级间分离●整流罩分离●星箭分离轨道环境：●真空●热辐射●带电粒子辐射●紫外辐射●原子核分子离子●微流星和空间碎片再入环境：●再入气动力和气动热●返回冲击卫星结构设计卫星结构的载荷分析载荷源：●稳态载荷源●热载荷源●动力激励源载荷分类：●静载荷●热载荷●动载荷卫星结构的载荷：●主结构载荷设计卫星的主结构收到的载荷在发射或返回阶段最为严重，需考虑相应的环境进行主结构设计●星载设备设计

7、低频瞬态载荷和随机振动进行合理的组合卫星结构设计卫星结构的设计要求基本要求是机构结构设计中必须始终遵循的要求；强制要求是由卫星系统以及其他系统所需的设计要求；导出要求是卫星各分系统提出的约束条件。确定方案设计设计条件和基本构型●构型设计●主结构方案设计要求的确定●次级结构方案设计要求的确定选择结构形式和材料●结构形式的选择●结构材料的选择●结构连接方法的选择形成初步方案对结构进行初步设计和分析，确定结构整体布局设计方案的比较和筛选●比较的参数●比较的方法卫星结构设计卫星结构的方案设计结构设计的详细步骤确定结构连接的设计参数确定

8、各结构部件的设计参数结构轮廓尺寸和舱段尺寸的确定设计接口界面进行故障模式影响分析设计迭代和优化绘制工程图样提供相关的文件卫星结构设计卫星结构的详细设计卫星结构设计卫星结构的详细设计复合材料的设计——根据层状复合材料的性能保证材料的正确使用强度验证●设计载荷的确定——考虑卫星在