环型桁架卫星天线的非线性动力学研究

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环形桁架可展开结构具有应用空间大、结构形式简明的特点。其天线口径可达6-150米范围,在一定范围内口径增大,质量并没有成比例增加,且并不会改变结构形式,是目前大型卫星天线较为理想的结构形式。由于目前国内尚未发射这类环形桁架可展结构的卫星天线,但是对比神舟九号太阳能帆板在太空条件下出现的大幅振动问题,对环形桁架可展结构在太空条件下振动的理论研究是十分迫切和重要的,能够为将来实践提供理论基础。  本文研究的桁架采用复合材料,通过均匀化理论将环型桁架等效成圆柱壳结构,得到环型桁架的等效刚度,从而将环型桁架等效成圆柱壳。利用Hamilton原理建立圆柱壳呼吸振动形式的动力学控制方程。利用Galerkin方法对运动偏微分方程进行离散,利用多尺度法将两自由度的系统运动控制方程化为四维平均方程。对平均方程进行数值模拟,分析了环型桁架卫星天线的复杂动力学行为。论文研究的内容分为以下几部分。  (1)通过分析周期重复排列结构的单胞,通过位移法求得单胞在在一定载荷条件下的位移,并将此位移等于连续体在相同条件下的位移,从而求出环型桁架的等效刚度。  (2)考虑几何大变形的非线性因素,基于Reddy一阶剪切变形理论与Hamiltion原理,得到了受变化温度场作用下的环型桁架的非线性偏微分运动控制方程。用Galerkin法进行离散得到而自由度非线性常微分运动控制方程。  (3)考虑1∶1内共振和1/2亚谐共振情况,研究了环型桁架的动力学响应及非线性特性。利用多尺度法将两自由度的系统运动控制方程化为四维平均方程。对平均方程进行数值模拟,得到了系统的分叉图,相图,波形图和功率谱。分析了热激励和阻尼系统对系统的非线性动力学行为的影响。  (4)考虑1∶2内共振和1/2亚谐共振情况,研究了环型桁架的非线性特性。利用多尺度法将两自由度的系统运动控制方程化为四维平均方程。对平均方程进行数值模拟,得到了系统的分叉图,相图,波形图和功率谱。分析了热激励对系统的非线性动力学行为的影响。
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