2.2 结构动力学
方 单自由度系 无阻尼自由振动 程 数目与自由度相同 统的自由振 建 多 立 有阻尼自由振动 动 计算系统动能与势能 自 拉格朗日
由 单自由度的 基 度 本 受迫振动 系 概 统 念 的 多自由度系 固 振 统的振动 有 动
态和 固
简谐激振 特征方程 周期激振 固有模态 任意激振 归一模态 方程建立 钢体模态 基本概念 ——刚度矩阵K与质量矩阵M 模态正交性 有 频 展开定理 ——包括位移和能量展开 固有频率和固有模态的特性 模率
鉴定实验
初样产品装配 零部件验收
初样分析 设计评审
正 样 阶 段
零部件制造
制定试验规范 初样阶段
1.6 卫星结构和机构技术的发展和展望
本体技术 可展开附件 防热结构 新型结构 压紧释放、展开驱动 连接与分离机构 新型机构
新材料、复合材料的 应用 新需求、新技术
卫 星 结 构 技 术 卫 星 机 构 技 术
新设计理念和分析方 法的应用
第二章 技术基础
2.1 概述 2.2 结构动力学 2.3 复合材料力学 2.4 结构有限元法 2.5 结构优化方法 2.6计算机辅助设计
2.1 概述
可靠性理论、热 力学理论等等
复合材 料力学
有限 元法
结构 力学
结构 优化
结构热 效应和 热变形
2.2 结构动力学
• 结构动力学三要素：系统（结构）、输入（激励）、输 出（响应） • 系统分类：线性和非线性，保守和非保守系统 • 结构动力学基本方法：分析和实验 • 结构动力学方程：连续系统偏微分和集中参数常微分方 程 • 分析与求解：理论分析、数值分析和综合技术等
2.4 结构有限元法
有限元的核心一是求PDE(偏微分方程)的近似解，二是 离散化(discretization)。
结构离散化
有限元方程的建立 选择位移方程 分析单元力学性能 线 弹 性 有 限 元 方 程 计算等效节点 建立整体结构平衡方程 应用位移边界条件 计算单元应变及应力
虚 位 移 原 理
有 限 元 基 本 方 程
第三章 卫星结构设计
3.1 概述 3.2 卫星结构的工作环境 3.3 卫星结构的载荷
3.4 卫星结构的设计要求
3.5 卫星结构的设计方案 3.6 卫星结构的详细设计
3.2 卫星结构的工作环境
1、地面自然环境 2、制造 3、操作 4、储存 5、运输 6、地面试验 1、起飞和地面噪声 2、最大气动载荷 3、稳态飞行 4、级间分离 5、整流罩分离 6、星箭分离
NASA发展高级太阳能池阵
1.5 卫星结构和机构的研制程序
可 行 性 论 证 综 合 分 析 方 案 设 想 提 出 攻 关 项 目 初步设计和分析 方案设计 关键技术攻关 方案验证
方案阶段
方案评审
正样设计
初样阶段评审
制 定 验 收 规 范
初样设计
正样分析 零部件制造、验收及产品装配 验收试验 出厂评审
有 限 元 法 分 析 过 程
2.4 结构有限元法
弹簧元 板单元
杆单元 壳单元
梁单元
体单元
2.5 结构优化方法
数学规划法是运用数学规划和优选法区寻求设 计变量的最优解。 设计变量 最优化设计 约束条件 的数学命题 目标函数 点列收敛柯西准则 数值迭代方 最优化方法 终止准则，理论值与 法 近似值 无约束优化 1、直接法2、转换成 最优化算法 有约束优化 无约束法
尽量减少质量 利用有限容积 设 计 特 点 突出刚性设计 适应空间环境
保持简单设计
设计风险意识 设计的工艺条件 设计的经济性
设 计 原 则
保证高度可靠
满足一次使用
1.4 卫星结构和机构分类
粒子探测器卫星
探月LCROSS二级载荷适应器
1.4 卫星机构分类
功能划分
1、压紧与释放机构 2、展开机构 3、驱动机构 4、连接于分离机构
载荷分析循环与载 荷验证
卫星结构的设计要求
基本要求 强制要求 导出要求
主要为结构件的强 度和刚度，以保证 结构稳定。
卫星结构设计与分析（上）
汇报人：李建辉
2018年9月7日
目
录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 概论 技术基础 卫星结构基础 卫星结构材料 卫星结构分析 卫星结构设计的验证
第一章 概论
1.1 概念与范畴 1.2 卫星结构和机构的功能
1.3 卫星结构和机构的特点和原则
1.4 卫星结构和机构的分类 1.5 卫星结构和机构的研制程序 1.6 技术的发展和展望
特征值有序性——特征值排列
特征值隔离定理
2.3 复合材料力学
合材料力学是研究复合材料本身力学性质 的学科。一般为纤维增强，是一种比较特殊的 不均匀的各项异性材料。
单向材料
层合材料
复 合 材 料 力 学
1、微观复合材料 力学
2、宏观复合材料 力学
2.3 复合材料力学
层合复合材料刚度 分析 层合复合材料硬度 分析 为避免拉弯耦合或者拉剪偶尔，通常对称铺设 不是单纯线性相加，以首层破坏为破坏强度，或者 以末层破坏加以安全系数
地面环境 发射环境
再入环境
再轨环境
1、再入气动力和气动热 2、返回冲击
1、真空 2、热辐射 3、带电粒子辐射 4、紫外辐射 5、原子和分子粒子 6、微流星和空间碎片
3.3 卫星结构载荷分析
稳态载荷源 载荷源 热载荷源 动力激励源 结构静载荷分析
静载荷 热载荷 动载荷
结构的综合载荷分析
结构动载荷分析
结 构 优 化 法
优化算法分为：梯度下降学派和牛顿法学派
2.6 计算机辅助方法
CAD CAE
计算机辅助几何造型 运动学分析
结构有限元分析
CAM 结构设计/制造一体化
结构分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 体分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC 由于NASA的关系，MSC在航空和军工行业具有一定优势。
1.1 概论
卫星 结构
卫星 机构
卫 星 机 械 分 系 统
1、设计
2、制造
3、试验
1.2 卫星结构和机构功能
紧固或 链接
承受 载荷
承受或 解锁
安装 设备
卫星 结构
卫星 机构
互相分 离
提供 构型
指向规 定目标
展开位 置及形 状
1.3 卫星结构和机构设计的特点和原则
设计的综合性和 迭代性 继承现有设计基础