大型空间结构的热致振动研究

摘要

航天器正面向大型化、复杂化和精密化的方向发展,而特殊的空间热辐射环境很容易导致航天器出现热致振动问题,因此在结构设计阶段准确预测热诱发的航天器动力学行为将至关重要.基于绝对节点坐标方法,建立了可用来对大范围运动的薄壁管梁、复合材料层合板进行耦合热-结构动力学分析的基本单元.利用所建单元,分别对受到太阳辐射热冲击载荷作用的悬臂结构、UARS卫星、Ulysses航天器和AstroMesh环状天线进行了热致振动研究.计算结果表明:悬臂结构的位移响应出现了不稳定的热颤振现象;UARS卫星的加速度响应出现了热跳变现象;Ulysses航天器的姿态角响应出现了热拍现象;AstroMesh环状天线的热变形和振动幅值较小,即结构较稳定.此外,从热弯矩做功角度解释了热颤振现象产生的原因,同时给出了产生热颤振的三个必要条件;基于浓缩形函数推得了非线性弹性力的高效计算公式.