空间可展开结构的模型修正与形面调整

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空间可展开结构作为航天器的重要组成部分,已广泛应用于空间通信、对地观测、卫星导航及深空探测等领域。随着航天技术的发展,各种航天任务对可展开结构的形面精度提出了更高的要求。为提高有限元模型的预测精度,准确预测可展开结构的力学性能,从而快速实现可展开结构的形面调整,本文对可展开结构的不确定性模型修正和形面调整问题进行了研究,具体内容及成果如下:(1)为准确预测结构的力学特性,使仿真结果精确逼近试验结果,研究了考虑不确定性的可展开结构区间模型修正方法。首先,以灵敏度分析确定的修正参数为变量,构造基于Kriging模型的区间目标函数;其次,引入泛灰数将区间优化问题转换为区间上限和区间直径两个全局优化问题;然后,基于Kriging模型采用遗传算法确定修正后的参数区间;最后,以某可展开结构为例进行验证。结果表明,修正后参数区间与真实区间重合度较高,修正后结构响应预测区间与实际区间吻合,验证了所提方法的有效性与可行性。(2)为解决热变形导致的可展开固面结构形面精度变差问题,研究了考虑不确定性的可展开固面结构形面主动调整方法。首先,将表示不确定性的区间参数转换为泛灰数,对初始有限元模型进行区间模型修正,揭示调整量与形面精度之间的映射关系;其次,基于修正后模型对调整杆进行敏感度分析,揭示调整杆对形面测点位移的影响程度,从而快速确定调整杆位置;然后,建立形面调整的区间优化模型,并结合Kriging模型通过迭代确定最优调整量;最后,以某固面可展开结构为例进行验证。结果表明,调整后结构的平面度从[6.50,7.00]mm降至[0.15,0.20]mm,验证了所提方法的有效性与可行性。(3)为解决索网结构地面模型的形面调整问题,提出了一种基于灵敏度分析的区间模型修正和Kriging模型有效结合的形面调整方法。首先,采用基于灵敏度分析的区间模型修正方法对初始有限元模型进行修正,修正后区间模型揭示了索长调整量与形面精度之间的关系;然后,建立结构形面调整的区间优化模型,引入Kriging模型提高优化效率,通过智能优化算法确定最优调整量;最后,以Astro Mesh索网结构为例进行验证。结果表明,单网面调整后,形面RMS从[1.87,2.02]mm降至[0.23,0.36]mm;双网面调整后,前网面RMS从[1.99,2.06]mm降至[1.28,1.33]mm,背网面RMS从[1.98,2.05]mm降至[1.29,1.33]mm,验证了所提方法的有效性与可行性。
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