空间可展遮光罩的结构设计、分析与仿真

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目前大型可展结构越来越重要,为了获取更清晰的照片、得到更强的反射信号等,在空间望远镜中需要大口径的反射面,大口径的望远镜。本文对对某大型空间望远镜所需的遮光罩进行了结构设计、分析、制作与仿真。论文首先查阅了国内外大量相关文献,总结了国内外可展开遮光罩的应用情况及其展开过程研究现状,对课题的研究意义和研究思路进行了说明。对于可展结构,为了提高展开后的刚度和稳定性,通常会增加多余约束。然而,过多约束可能使结构无法展开。在设计这种结构时,目前一般通过几何分析和试算来确定几何拓扑。本文提出了确定结构可展性以及拓扑设计的另一种方法。在广义逆理论的基础上利用矩阵的符号运算,针对无法展开的结构,在不减少其约束个数的情况下,可以直接求出合适的约束条件(或构件尺寸),使结构能够由初始形态展开到预定形态。该方法最大的优势在于不需要人工干预,可以实现程序化。在分析上,本文首先简要介绍了在展开分析中具有重要应用的Moore-Penrose广义逆矩阵理论,以及其求解方法。然后运用该理论,并在此基础上加入了部分向量式有限元思想,将之运用于刚体骨架之外的索膜的近似计算和仿真之中,取得了较好的效果。在设计与分析的基础上,使用硬铝和铝铂制作了实物模型,该模型使用电气驱动能够顺利展开。最后基于可展结构理论分析方面的研究成果,运用VC++、MATLAB、VTK混合编程开发了一套可展结构展开动力学仿真软件,并对开发过程中所涉及到的一些问题,如三维可视化及前后处理,数据结构,并行计算算法等进行了一些研究。
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