摘要：空间可展开天线是航天领域发展的重要方向,具有重大战略意义和重要经济社会价值。首先,对结构优化技术、面向增材制造的拓扑优化与点阵填充等先进轻量化设计技术的应用进行综述;然后,根据典型使用环境和设计要求,着重介绍近年来结构优化技术在空间可展开天线零部件结构优化和馈源阵支撑结构概念设计中的典型应用案例;最后,考虑未来空间超大口径及高精度可展开天线的设计需求,对先进轻量化设计技术的应用前景进行展望。结构优化技术与设计经验相结合,正在推动设计理念的创新,将成为先进航天器设计的核心工具和必备的标准流程。

摘要：压力载荷作用下的结构轻量化设计是工程中的常见问题,由于压力加载面的可设计性,现有以固定载荷为基础的拓扑优化技术不能很好地处理这类问题。直接采用CAD参数化样条或B样条曲线描述压力加载面,通过拓扑和形状变量的联合优化满足了工程实际对结构轻量化与边界的功能性与光滑性设计要求。同时,为了避免结构边界形状变化时有限元网格刷新引起的定义拓扑伪密度变量的困难,用所提出的背景网格和密度点技术实现了每一步单元密度设计迭代结果的自动传递,并采用网格变形技术实现了形状设计变量灵敏度分析。采用4个数值算例验证了方法的有效性,其中发动机承力框架的设计结果充分说明该方法在航空结构设计中的重要应用价值。

摘要：弹性支撑是保证热力耦合载荷作用下结构有效承载的一种支撑设计方案,可以在满足结构刚度设计要求的同时有效降低结构内的应力集中,保证结构的热变形协调.从理论分析与数值计算两个方面,研究了热力耦合载荷作用下结构的弹性支撑优化设计.首先以弹性支撑梁模型为例,通过给出热力耦合载荷下应力计算的解析表达式,从理论上说明弹性支撑对结构应力峰值的影响,阐述了弹性支撑的承载与热变形协调的双重效果.在此基础上,提出了解决该类问题的弹性支撑通用优化数学模型和拓扑构型优化方法,通过数值算例与优化结果展示了方法的有效性.

摘要：受限于火箭尺寸,大型星载环形天线在发射时收拢,入轨后在零重力环境下展至工作态。然而在地面实验重力环境下,克服重力的悬吊卸载系统并不能完全抵消重力场的全部影响,导致地面实验难以准确预测在轨展开动力学行为。因此,有必要借助仿真深入对比分析地面上重力加卸载展开与太空中无重力展开的动力学异同。该文基于柔性多体动力学的仿真方法,建立了天线在零重力和重力加卸载系统两种工况下的全尺寸展开动力学模型。仿真结果不但复现了地面实验的非同步展开现象,而且系统地给出了天线在整个展开历程中所有杆件载荷和驱动力的变化规律。并进一步基于能量分析,半解析地研究了重力对驱动力的影响。该文的研究不但有助于理解大型网状天线的展开动力学,为天线的机构设计、优化和地面实验设计提供技术支撑,而且提出的建模方法和得到的认识也可用于研究和理解其他大型网状天线。

摘要：针对平纹机织多元多层碳化硅陶瓷基复合材料,按照"从底向上"的顺序考虑了纤维丝/界面/基体尺度以及纤维束/基体/涂层尺度下的微结构有限元模型。采用能量法依次进行了两个尺度上的等效性能计算,首先在纤维丝/界面/基体的尺度上计算了纤维束的等效弹性参数,然后将这些参数代入到纤维束/基体/涂层尺度微结构模型中,计算得到复合材料的整体弹性常数。数值计算结果与实验结果吻合较好,验证了所提计算方法以及模型的有效性。

摘要：基于加筋板结构有限元分析技术、渐进结构优化(ESO)方法提出一个系统的策略,研究薄板结构的加筋布局优化问题。研究加筋板结构有限元分析的两种方法,对比其计算精度与效率。基于板梁离散有限元模型,通过ESO方法控制加筋的生长与去除,获得加筋的布局。采用该方法对板结构进行以结构刚度最大为目标的加筋布局优化设计,数值结果表明所提出的方法能有效获得合理的加筋布局。

摘要：针对星载环形天线动力系统的传动效率进行了研究,推导得出了驱动力最大值的解析表达式,通过数值计算与试验验证发现,传动效率对环形天线驱动力最大值影响较大。用解析表达式对天线展开过程中传动效率进行分析,得出桁架单元数、绳索-滑轮间摩擦系数是影响驱动绳索传动效率的关键因素。文章的研究结果可为环形天线动力系统设计提供参考。

摘要：通过观察C/C-SiC复合材料组元分布的扫描电子显微镜(SEM)照片,获得了C/C-SiC复合材料化学气相渗透(CVI)制备过程中产生孔隙和微裂纹的几何信息。在此基础上,建立了包含孔隙和微裂纹的C/C-SiC微结构有限元模型,并利用均匀化等效计算方法预测了平纹编织C/C-SiC复合材料的模量。针对CVI沉积方式制备的2组不同的C/C-SiC复合材料,实验测试与等效计算结果表明:基于SEM照片建立的C/C-SiC纤维束和复合材料微结构有限元模型,能够反映CVI工艺制备C/C-SiC中孔隙和微裂纹的分布状况;计算结果与实验数据有良好的一致性,数值计算可有效预测C/C-SiC编织复合材料的模量。

摘要：大型椭圆环形桁架式天线以其在偏馈型高精度网状天线应用上独特优势,吸引众多学者关注.大型椭圆环形天线展开过程复杂,在轨展开有一定风险,而天线在轨能否成功展开是决定卫星任务成败的关键.为了提高展开可靠性和部件受载安全性,必须借助仿真手段全面识别天线展开动力学特性,获取展开过程部件受载特性.大型椭圆环形天线属于典型柔性多体系统,采用几何精确梁实现对变形较大横杆、纵杆建模,并基于一维移动介质动力学理论对柔性绳索建模,结合对变形极小的铰链、斜杆等部件做刚性假设,实现其展开过程动力学建模及仿真.在此基础上,对天线展开不同步性现象及原因进行分析,得到部件柔性及绳子经铰链摩擦损耗是其重要内因;此外,从能量角度对展开进行分析,得到摩擦损耗及网面张力是影响驱动绳受力及杆件受力最重要因素.最后,为提高展开可靠度,给出了设计优化建议.

摘要：传动系统是大型可展开天线的重要组成系统,在其展开过程中起到驱动天线展开的作用。针对绳索驱动式环形天线在轨展开动力损耗问题,基于理论力学及摩擦学原理,分析得到动力绳绕过线轮动力损耗模型,该模型给出了动力绳与过线轮之间分别在静、滑动摩擦工况下的动力绳传动效率计算公式,揭示了摩擦效应对传动系统效率的影响机理;在此基础上,修正了已有绳索驱动式环形天线展开动力学的系统模型,实现了环形天线展开过程精准仿真与实验验证。文中提出的动力损耗模型可为绳索驱动式环形天线的展开设计与优化提供重要理论参考。