空间可展开桁架结构展开过程分析的理论与方法

以理想桁架节点笛卡尔坐标为未知量,全面建立了复杂桁架结构的几何约束方程,并推导出相应的几何约束Ｊａｃｏｂｉ矩阵,建立了空间展开桁架结构展开过程分析的理论与方法,系统地分析了机构特性,阐明了展开过程的力学本质特点,明确提出展开目标函数的概念。     

可变几何桁架展开运动学和动力学分析

对可变几何桁架结构展开运动学和动力学进行了系统分析，基于约束方程得到了运动学分析的递推公式；并利用Ｄ‘Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理推导ＶＧＴ展开的动力学方程；这些公式和方程简洁并具有规律性，适于计算机编程计算，通过算例分析验证了方法的可行性。     

变拓扑航天器附件展开动力学的全局仿真

现代大型航天器附件的展开往往是分段进行的,其间包含了系统约束状态的改变和锁定碰撞过程的发生,在建立多柔体系动力学模型的基础上,提出了全局仿真的策略：对于其中的变约束问题采用预行锭义约束集、在仿真过程中实时检测并激活相应约束的求解策略。实现了系统拓扑结构在仿真过程中自动切换;而通过对速度约束方程的分析,提出了将动量守恒并入到约束方程求解以模块锁定过程中的方法,并将所开发的多柔性系统动力学仿真软件扩展     

多体系统动力学微分／代数方程组修正的QR分解法

提出了一种多体系统动力学微分／代数混合方程组的数值积分方法，通过对约束方程Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵的ＱＲ分解将耦合的微分／代数方程组化为存在于约束流形切平面上的低阶状态方程。为保持约束方程Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵零空间基的连续性，对原有ＱＲ分解法进行了修正，从而提高了计算效率。     

变几何桁架机器人动力学分析

本文结合变几何桁架机构的结构特点,对变几何桁架机器人的动力学分析进行了研究,提出了应用Ｋａｎｅ方法建立变几何桁架机器人动力学模型的一般方法,导出了其动力学的显示方程,并给出了一数字实例。     

基于共形几何代数的一种9杆巴氏桁架位移分析

基于共形几何代数，提出了一种9杆巴氏桁架位移分析的新几何建模和计算方法。在共形几何代数框架下，根据点、球、面、点对等基本几何元素的表示方法以及三角形面积的有向性，通过几何体的相交、分离和对偶运算，建立2个位移约束方程式；然后，通过一步结式消元得到该问题的一元54次方程，无增根无漏根。所提方法的优势在于2个位移约束方程的推导脱离了坐标系，且约束方程数的减少简化了方程组的消元过程。数值实例表明了所提方法的正确性，为其他9杆巴氏桁架的位移分析求解理论提供了一种新思路。     

主动桁架动力学建模研究

于桁架结构中集成若干传感器、作动器及控制器构成主动桁架;采用有限元法,使用杆单元模型,分别给出了压电传感器的观测矩阵和作动器的控制矩阵,建立主动桁架的空间状态动力学模型。     

基于残余力向量法的桁架结构损伤直接识别法

提出一种基于残余力向量理论的桁架结构损伤直接识别方法.先由灵敏度分析,求出结构刚度联系矩阵,再由刚度联系矩阵将损伤后的刚度摄动矩阵展开成对角矩阵,代入残余力向量方程,得到由刚度联系矩阵表示的新残余力向量方程,经过整理,此方程可以直接求解,即可得到各杆件刚度的损伤量,由此可识别出桁架结构的损伤杆件及其损伤程度.最后以一桁架结构模型进行数值仿真分析.结果表明,该方法具有计算简单,计算量小等优点,仅需损伤后第一阶模态参数,就能够准确识别出结构的损伤情况,证实了该方法的有效性.     

柔性多体机械系统动力学递推方程

基于Ｊｏｒｄａｉｎ变分原理建立含闭环的复杂柔性多体机械系统递推形式动力学通用方程．用图论描述系统的拓外结构，分别用铰相对坐标与模态坐标描述相邻物体间的大位移运动及物体的弹性变形．对含闭环的系统，用铰切割方法建立相应的运动学约束方程，结果为一组拆合形式的动力学递推方程和折合形式的加速度约束方程，适合于建立该类系统的并行计算方法和用于实时动力学仿真。     

曹钟慧,吴兴坤（浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310027）

针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物 面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉 力配置,并对抛物面索网结构平衡矩阵的形成、奇异值分解、线性约束优化方法的数学模型、约束矩阵的集成等关键技 术进行了详细的推导说明,同时,根据理论推导编写了相应的程序,对环形桁架可展天线的3种常用抛物面索网布置形式 进行了算例分析,采用非线性有限元法对分析结果进行了验证,证明了该方法的正确性     

双环可展桁架结构动力学分析与试验研究

基于广义逆矩阵方法分析双环可展桁架的运动过程,通过数值仿真,得出双环可展桁架在展开过程中的各个状态.经过对比分析可知,对于大口径天线,双环可展桁架的刚度可以比同口径单环可展桁架明显增加.利用上述仿真程序输出的几何模型,进一步对50m双环可展桁架原型建立有限元模型,并进行展开过程中各状态的振动模态分析.对2m天线试验样机采取悬挂法消除重力影响并进行振动模态试验,且将其与有限元计算结果对比,结果表明两者的频率较为接近,验证了有限元动力学分析的正确性.     

空间一维可展开桁架精度测量方法

结合空间一维可展开桁架结构特点,基于四象限探测器光斑中心位置检测原理,提出以准直激光束为测量基准的空间一维可展开桁架结构精度测量方法.应用该方法可以实现对空间一维可展开桁架各构架单元的扭转角、横向偏移量、纵向偏移量及桁架直线度装配精度的测量.提出四象限探测器二维平面标定方法,将探测器的工作范围扩大到3 mm×3 mm,探测器的测量精度提高到0.05 mm.运用设计的基于四象限探测器的激光准直测量方法对空间一维可展开桁架进行了精度测量实验,得到桁架各刚性框架的最大扭转角为0.133 3°,最大横向偏移量为1.200 8 mm,最大纵向偏移量为1.299 3 mm,桁架的直线度误差为1.090 6 mm,验证了所提出的空间一维可展开桁架精度测量方法的有效性.     

大型可展构架式星载抛物面天线结构设计

提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元,和国内外已有的设计相比,该单元可动机构数较少,展开可靠度高,结构刚度好,且具有很广泛的几何适应性,能容易地构造复杂二维可展结构,具有广泛的应用前景．利用伸缩杆六棱柱单元,设计了一大型构架式切割抛物面天线,并简要介绍了天线的可展节点细部设计杆件分类统计．该天线的形面精度较高,质量轻,造价低．最后,对天线模型进行了结构分析,说明天线具有良好的刚度．     

可展桁架天线热-结构耦合分析

利用热传导 辐射理论建立方程,同时引入可展桁架天线所处的轨道条件,计算出可展桁架抛物面天线在轨运行时不同时刻的温度场;考虑结构非线性,建立结构热变形计算方程,并将热分析与结构分析进行耦合.利用Fortran语言,编制基于上述理论的有限元程序,计算出可展桁架天线在轨运行时不同时刻天线的温度场和热变形,以及不同时刻反射面的形面误差均方根（RMS）.采用热-结构耦合分析方法对算例的分析表明,该方法可实现可展桁架天线从热分析到结构分析的直接转化和耦合,可用于指导可展桁架天线的结构设计和热控制设计.     

考虑扭簧失效的桁架式可展开天线可靠性研究

利用故障树理论建立桁架式可展开天线失效模型,在此基础上,采用概率理论推导出天线系统失效概率方程,利用动力学理论建立桁架式可展开天线展开分析方程,对不同位置处扭簧失效时天线的展开过程进行分析,进而得出扭簧失效时使天线无法完全展开或使其展开形面精度很差的扭簧位置和失效后对天线展开及其展开形面精度基本没有影响的扭簧位置;将此分析结果引入可靠性分析中,可以使可展桁架天线的可靠性分析更准确.通过一个算例计算了桁架式可展开天线的可靠度,得其可靠度为0.999 787 571.     

考虑杆件弹性和三维间隙铰机构动力学研究

为了能准确预测太空中可展机构的展开性能,在动力学模型中同时考虑杆件弹性和三维间隙铰的影响．间隙铰通过“T”字形杆件模拟,接触力采用非线性弹簧阻尼模型,分别考虑理想铰、三维间隙铰以及杆件弹性3种情况对可展桁架的一个单元进行展开过程数值仿真分析．设计了一个桁架单元装置,通过实验初步验证杆件弹性和间隙铰对机构动力学的非线性影响．分析结果表明间隙铰中存在径向和轴向碰撞接触力,轴向碰撞接触力影响桁架平面外稳定性,杆件弹性振动效应使能量发生转移,减小了最大碰撞接触力,加剧了轴套和销轴之间的碰撞接触次数．     

偏馈式构架反射器展开冲击特性分析

As the off-fed truss reflector is connected to the platform by a single edge and deployed rapidly through being driven by the spring, the impact influence acts obviously on both the reflector and the platform. Due to limitations of the ground test, the in-orbit deployment impact characteristics of truss reflector are difficult to obtain. Then, by taking a certain reflector as the research object, a dynamic model is established with multibody dynamic software. Based on the modified model with ground deployable tests, in-orbit deployment impact characteristics are obtained by simulation analysis. Therefore, the method for multibody dynamic modeling is suitable for truss reflector dynamic research, and the result is useful for the deployable reliability optimization.     

大型空间桁架结构装配序列的分层规划方法

为了自主规划空间在轨装配任务的装配序列,结合大型空间桁架结构的固有分层特性,提出了一种基于连接矩阵的分层规划方法.根据连接矩阵的定义和分层规划的基本原理,通过分析几何结构单元之间普遍的三种连接方式,提出了相应结构的连接矩阵建立方法和规则,来组织低层规划;通过对大型结构进行结构分析,运用桁架结构几何原理,建立整个结构的连接矩阵,来实现高层规划,并以常见的空间桁架结构为例进行了说明,从几何特性角度,讨论了该方法的普遍性.     

一种等张力空间索网结构找形方法

为设计出质量小、结构稳定的空间索网天线结构,给出了一种等张力索网结构找形的坐标迭代算法.将索网上的各节点看做只能在理想反射面上移动的点,并规定各段绳索中的张力是恒定的.各节点在合力的作用下运动,当作用在各节点上的合力逐渐减为零时,索网结构到达一种平衡状态,根据这一平衡状态可求出各段绳索的无应力长度.使用该算法对环形桁架索网天线计算模型进行了找形计算,并使用有限元法对找形得到的平衡状态进行验证,证明了该算法的正确性和可行性.同时将找形结果与极小范数法、等力密度这两种找形算法的结果进行了比较分析.分析结果表明,使用等张力找形算法得到的索网结构绳索张力的均匀性最好.文中所提的等张力找形算法可用于空间索网结构的找形.