【摘 要】
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随着航天科技的迅速发展,越来越多的充气式可展开空间结构应用于航天器在轨任务。由于微重力和真空的影响,充气式可展开空间结构的地面实验很难同时模拟微重力和真空的真实空间环境,而且在太空中进行展开实验的巨大花费和意外风险难以承受。因此,对充气式可展开空间结构进行精确动力学建模,并分析其展开过程的动力学响应具有重要的现实意义。针对展开空间充气结构大范围运动与大变形力学特征,本文基于绝对节点坐标法（Abso
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随着航天科技的迅速发展,越来越多的充气式可展开空间结构应用于航天器在轨任务。由于微重力和真空的影响,充气式可展开空间结构的地面实验很难同时模拟微重力和真空的真实空间环境,而且在太空中进行展开实验的巨大花费和意外风险难以承受。因此,对充气式可展开空间结构进行精确动力学建模,并分析其展开过程的动力学响应具有重要的现实意义。针对展开空间充气结构大范围运动与大变形力学特征,本文基于绝对节点坐标法（Absolute Nodal Coordinate Formulation,ANCF）,研究时变长度薄壳结构单元,用于空间充气展开结构的动力学响应计算和分析。主要内容如下:（1）基于任意拉格朗日-欧拉（Arbitrary Lagrangian–Eulerian,ALE）描述,通过引入两个物质坐标描述单元的长度变化,提出了ALE-ANCF时变长度薄壳单元,推导了该单元的变形描述方程、非线性弹性力、附加惯性力及其雅可比矩阵的计算表达式。（2）基于拉格朗日乘子法将系统的运动学约束引入系统动力学方程,采用广义α算法求解;求解过程中,由于薄壳单元的长度实时变化,故将单元的初始构型进行实时迭代,并通过增加节点或删除节点的方法处理时变长度柔性结构边界单元过长或过短的问题;最后,通过四个经典算例验证了该薄壳单元的收敛性和正确性。（3）针对共机架式充气展开卫星平台,分别采用自然坐标法（Natural Coordinate Formulation,NCF）和ALE-ANCF时变长度薄壳单元描述刚性卫星与柔性充气管,建立刚-柔耦合多体系统动力学模型,并对系统充气展开动态过程进行仿真计算与动响应分析,研究了充气速率对展开速度的影响。
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