【摘 要】
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薄膜结构由于质量轻、展开面积/质量比大等优点被广泛地应用于大型可展开空间结构中,例如充气薄膜结构、自旋展开薄膜太阳帆等。随着可展开机构的运动,薄膜结构除经历大范
【机 构】
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北京理工大学 宇航学院力学系,北京市 100081
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薄膜结构由于质量轻、展开面积/质量比大等优点被广泛地应用于大型可展开空间结构中,例如充气薄膜结构、自旋展开薄膜太阳帆等。随着可展开机构的运动,薄膜结构除经历大范围刚体转动与大弹性变形的刚柔耦合运动外,其展开过程还会涉及薄膜间复杂的接触/碰撞问题。基于一种非线性有限元方法-绝对节点坐标方法(ANCF)对薄膜结构进行建模,以精确地描述其展开过程所经历的刚柔耦合动力学行为。同时,为了对薄膜间接触/碰撞点进行检测,进一步将ANCF薄膜单元离散为若干平面三角形,将曲面间接触检测问题转换为平面间接触检测问题。整个接触检测过程分为两步执行,即全局检测阶段和局部检测阶段。在全局检测中,基于层次包围盒思想,按照父辈包围盒包围多个子辈包围盒的原则,构造包围盒树状层次结构,使用层次包围盒可快速的剔除那些一定没有发生碰撞的物体对;在局部检测中,基于连续接触检测策略,采用点面图元对检测算法和边边图元对检测算法精确地确定可能接触图元的碰撞信息。为了保证计算精度以及仿真鲁棒性,通过非嵌入式罚函数法将碰撞力引入系统动力学方程,并采用隐式积分策略对系统动力学进行求解。最后,采用上述方法对一自旋展开薄膜太阳帆结构进行了动力学仿真,数值结果验证了本文方法的可行性。
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