空間光學(xué)遙感技術(shù)已成為我國戰(zhàn)略發(fā)展的重要領(lǐng)域,為了滿足用戶高分辨率、大視場的使用需求,空間相機(jī)中主要光學(xué)元件的口徑不斷增大、支撐結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,不斷提高的整機(jī)重量與火箭有限的運(yùn)載能力之間產(chǎn)生矛盾。在這樣的背景下,研究如何進(jìn)一步提升空間相機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的輕量化率、減輕整機(jī)重量,對空間光學(xué)的發(fā)展具有十分重要的意義。采用新型結(jié)構(gòu)材料是提升空間相機(jī)輕量化率的重要途徑,碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是一種特殊的結(jié)構(gòu)材料,具有面密度低、比剛度高、抗疲勞特性好等優(yōu)點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)空間相機(jī)輕量化設(shè)計(jì)的理想材料。碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)因其優(yōu)良的力學(xué)性能,現(xiàn)已成為航天領(lǐng)域內(nèi)不可或缺的材料之一,國外已將該材料應(yīng)用到諸多天基光學(xué)儀器中,而在我國,該材料在空間相機(jī)中的應(yīng)用尚處在探索階段,該領(lǐng)域內(nèi)缺少相關(guān)的科研實(shí)踐。因此,本文圍繞基于碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的空間相機(jī)光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一核心內(nèi)容展開了相關(guān)的研究性工作。為了適應(yīng)空間相機(jī)的分析需要,本文提出了基于正交各向異性實(shí)體單元的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)建模方法,用以替代工程分析中普遍采用的二維建模方法。新方法中將蜂窩芯子等效為“中間層”,分別使用實(shí)體單元和殼單元表征蜂窩芯子和面板,該方法可以直觀地表征蜂窩板內(nèi)...

【文章頁數(shù)】：192 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀
    1.3 課題研究背景
        1.3.1 主承力板設(shè)計(jì)要求
        1.3.2 常見結(jié)構(gòu)材料及其局限性
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)等效建模方法研究
    2.1 常規(guī)二維建模方法
    2.2 基于正交各向異性實(shí)體單元的等效建模方法
        2.2.1 方法描述
        2.2.2 等效彈性參數(shù)的推導(dǎo)
        2.2.3 其它等效參數(shù)的推導(dǎo)
        2.2.4 中間層等效參數(shù)小結(jié)
    2.3 仿真分析精度比較
        2.3.1 算例描述及蜂窩板建模
        2.3.2 靜力變形
        2.3.3 模態(tài)分析
    2.4 模態(tài)試驗(yàn)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)主承力板方案研究
    3.1 光機(jī)系統(tǒng)描述
        3.1.1 系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        3.1.2 公差分配
    3.2 材料選擇分析
        3.2.1 碳纖維復(fù)合材料選型
        3.2.2 鋪層方式及材料物理屬性
        3.2.3 蜂窩及埋件材料
    3.3 蜂窩夾層加強(qiáng)方案及接口
        3.3.1 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施
        3.3.2 接口布局
    3.4 碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)主承力板方案
        3.4.1 “碳纖維面板+鋁蜂窩芯子”主承力板
        3.4.2 “全碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)”主承力板方案
        3.4.3 有限元建模
    3.5 蜂窩夾層主承力板初步仿真分析
        3.5.1 蜂窩主方向討論
        3.5.2 同軸相機(jī)支撐點(diǎn)布置方案比較
        3.5.3 夾層結(jié)構(gòu)主要參數(shù)影響
        3.5.4 應(yīng)力分布和變形趨勢
    3.6 兩種蜂窩夾層結(jié)構(gòu)主承力板方案間的比較
        3.6.1 工作性能初步評估
        3.6.2 等效彈性參數(shù)及輕量化率
        3.6.3 工藝及結(jié)構(gòu)差異
    3.7 本章小結(jié)
第4章 高精度全碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)主承力板的優(yōu)化研究
    4.1 全碳纖維蜂窩夾層埋件設(shè)計(jì)
        4.1.1 獨(dú)立式埋件與貼片式埋件
        4.1.2 相機(jī)支撐點(diǎn)共用埋件
    4.2 全碳纖維主承力板的結(jié)構(gòu)參數(shù)
    4.3 主承力板參數(shù)化建模
    4.4 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)
        4.4.1 光機(jī)結(jié)構(gòu)的集成優(yōu)化方法
        4.4.2 基于Isight的集成優(yōu)化模型
        4.4.3 靈敏度分析
        4.4.4 優(yōu)化問題描述
        4.4.5 基于MIGA算法的參數(shù)優(yōu)化
    4.5 空間環(huán)境適應(yīng)能力分析
        4.5.1 分析內(nèi)容及工況設(shè)置
        4.5.2 分析結(jié)果
    4.6 動力學(xué)分析
        4.6.1 模態(tài)分析
        4.6.2 正弦振動分析
        4.6.3 隨機(jī)振動分析
    4.7 本章小結(jié)
第5章 高穩(wěn)定性全碳纖維主承力板的制備工藝研究
    5.1 全碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制備工藝
        5.1.1 制備難點(diǎn)
        5.1.2 全碳纖維主承力板制備過程
        5.1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝細(xì)節(jié)
    5.2 全碳纖維蜂主承力板實(shí)物
    5.3 消應(yīng)力措施及穩(wěn)定性測試
    5.4 本章小結(jié)
第6章 樣機(jī)試驗(yàn)、測試及性能研究
    6.1 主承力板模態(tài)試驗(yàn)
    6.2 力熱樣機(jī)靜力學(xué)變形量測試
        6.2.1 測試方法及原理
        6.2.2 測試過程及結(jié)果
    6.3 力熱樣機(jī)振動試驗(yàn)
        6.3.1 掃頻試驗(yàn)
        6.3.2 正弦振動試驗(yàn)
        6.3.3 隨機(jī)振動試驗(yàn)
        6.3.4 整機(jī)基頻復(fù)測
        6.3.5 靜力學(xué)變形量復(fù)測
    6.4 主鏡面形檢測
    6.5 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 下一步的工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：3847004