第1章 緒論 1 1.1 概述2 1.2 航天器張拉式可展開(kāi)薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀3 1.2.1 太陽(yáng)能電池陣與空間太陽(yáng)能電站3 1.2.2 太陽(yáng)帆5 1.2.3 薄膜天線7 1.2.4 薄膜遮陽(yáng)屏與遮光罩10 1.3 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)力學(xué)研究現(xiàn)狀12 1.3.1 薄膜結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力分析12 1.3.2 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)展開(kāi)過(guò)程動(dòng)力學(xué)14 1.3.3 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)展開(kāi)態(tài)動(dòng)力學(xué)15 1.3.4 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)褶皺分析18 1.3.5 薄膜結(jié)構(gòu)熱變形分析19 1.4 薄膜結(jié)構(gòu)折疊與展開(kāi)技術(shù)研究現(xiàn)狀20 1.4.1 薄膜結(jié)構(gòu)折疊技術(shù)20 1.4.2 輕質(zhì)彈性展開(kāi)驅(qū)動(dòng)技術(shù)22 1.4.3 薄膜結(jié)構(gòu)張拉成型技術(shù)25 1.5 薄膜結(jié)構(gòu)地面測(cè)試技術(shù)研究現(xiàn)狀26 參考文獻(xiàn)31 第2章 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)的展開(kāi)與折疊方法 41 2.1 概述42 2.2 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)展開(kāi)方法42 2.2.1 彈性伸桿驅(qū)動(dòng)可展開(kāi)支撐桁架42 2.2.2 套筒驅(qū)動(dòng)可展開(kāi)支撐桁架44 2.2.3 串并聯(lián)鉸接式桁架49 2.3 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)折疊方法60 2.3.1 平面薄膜折疊與張拉61 2.3.2 圓柱形薄膜折疊與張拉63 2.3.3 圓臺(tái)面薄膜折疊與張拉67 2.3.4 拋物面薄膜折疊與張拉70 2.4 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)張拉方法76 2.4.1 大尺寸薄膜結(jié)構(gòu)張拉成型方案設(shè)計(jì)76 2.4.2 傳統(tǒng)懸線張拉方案78 2.4.3 網(wǎng)狀懸線張拉方案80 參考文獻(xiàn)81 第3章 彈性大變形支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析 83 3.1 概述84 3.2 彈性伸桿材料力學(xué)模型建立85 3.3 彈性伸桿展開(kāi)應(yīng)變能模型建立88 3.3.1 薄壁圓管應(yīng)力-應(yīng)變分析88 3.3.2 薄壁圓管橫截面微元應(yīng)變能分析91 3.3.3 薄壁圓管應(yīng)變能模型93 3.4 彈性伸桿展開(kāi)過(guò)程分析94 3.4.1 彈性伸桿展開(kāi)機(jī)理分析94 3.4.2 彈性伸桿正常展開(kāi)分析96 3.4.3 彈性伸桿松脫失效分析97 3.4.4 彈性伸桿端部力分析100 3.5 彈性伸桿展開(kāi)應(yīng)變能模型建立103 3.5.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)研制與測(cè)試系統(tǒng)搭建103 3.5.2 彈性伸桿松脫過(guò)程實(shí)驗(yàn)106 3.5.3 彈性伸桿展開(kāi)過(guò)程實(shí)驗(yàn)109 參考文獻(xiàn)111 第4章 張拉薄膜結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力研究與分析 112 4.1 概述113 4.2 基于應(yīng)力疊加法的張拉薄膜結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力分析113 4.2.1 角點(diǎn)張拉矩形薄膜的應(yīng)力疊加113 4.2.2 多點(diǎn)張拉矩形薄膜的應(yīng)力疊加119 4.2.3 張拉薄膜應(yīng)力分布仿真驗(yàn)證129 4.3 張拉薄膜結(jié)構(gòu)找形研究134 4.3.1 找形分析134 4.3.2 通過(guò)找形分析對(duì)比張拉系統(tǒng)137 4.3.3 平衡狀態(tài)的理論分析148 4.3.4 足尺平面薄膜找形分析151 參考文獻(xiàn)153 第5章 張拉薄膜結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究與分析 154 5.1 概述155 5.2 基于張拉薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)力疊加法的自由振動(dòng)分析155 5.2.1 張拉薄膜結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)方程155 5.2.2 基于應(yīng)力疊加法的結(jié)構(gòu)模態(tài)分析流程159 5.2.3 張拉薄膜結(jié)構(gòu)模態(tài)特性分析161 5.3 張拉薄膜結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力學(xué)研究167 5.3.1 薄膜結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)模型167 5.3.2 薄膜結(jié)構(gòu)非線性自由振動(dòng)仿真分析171 5.3.3 薄膜結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析174 5.4 張拉薄膜結(jié)構(gòu)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)研究179 5.4.1 平面薄膜結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)建模180 5.4.2 平面薄膜結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)特性仿真分析188 參考文獻(xiàn)192 第6章 薄膜褶皺解析模型的建立及驗(yàn)證 193 6.1 概述194 6.2 應(yīng)力場(chǎng)模型建立194 6.2.1 楔形應(yīng)力場(chǎng)194 6.2.2 分段應(yīng)力場(chǎng)195 6.3 基于分段應(yīng)力場(chǎng)的薄膜褶皺解析模型建立196 6.3.1 角點(diǎn)褶皺解析模型196 6.3.2 參數(shù)影響規(guī)律研究201 6.3.3 三角形薄膜褶皺解析模型建立202 6.4 三角形薄膜褶皺仿真分析204 6.4.1 三角形薄膜褶皺數(shù)值分析204 6.4.2 三角形薄膜褶皺試驗(yàn)測(cè)試分析206 6.4.3 結(jié)果對(duì)比與討論207 6.5 方形薄膜褶皺仿真分析210 6.5.1 方形薄膜褶皺分析理論210 6.5.2 方形薄膜褶皺的仿真分析213 6.5.3 方形薄膜褶皺分析結(jié)果對(duì)比215 6.5.4 拉力對(duì)薄膜褶皺的影響分析220 6.5.5 邊索結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜褶皺的影響分析223 參考文獻(xiàn)226 第7章 薄膜結(jié)構(gòu)折展過(guò)程動(dòng)力學(xué)仿真分析 228 7.1 概述229 7.2 薄膜結(jié)構(gòu)折痕與基本單元展開(kāi)仿真229 7.2.1 張拉薄膜結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)方程229 7.2.2 Miura模態(tài)分析流程233 7.2.3 加載點(diǎn)數(shù)量對(duì)展開(kāi)過(guò)程的影響238 7.3 平面薄膜結(jié)構(gòu)徑向展開(kāi)過(guò)程仿真239 7.3.1 折疊方案239 7.3.2 薄膜結(jié)構(gòu)徑向展開(kāi)過(guò)程仿真240 7.3.3 不同參數(shù)方案展開(kāi)過(guò)程仿真242 7.4 平面薄膜結(jié)構(gòu)纏繞展開(kāi)過(guò)程仿真245 7.4.1 折疊方案245 7.4.2 纏繞展開(kāi)過(guò)程建模及仿真分析246 7.4.3 不同折痕方案展開(kāi)過(guò)程仿真分析251 7.5 平面薄膜結(jié)構(gòu)纏繞折疊過(guò)程仿真253 7.5.1 纏繞折疊構(gòu)型鉸接桿系模型253 7.5.2 纏繞折疊構(gòu)型折疊過(guò)程仿真255 7.5.3 纏繞折疊構(gòu)型減少驅(qū)動(dòng)點(diǎn)仿真258 參考文獻(xiàn)261 第8章 張拉式可展開(kāi)薄膜結(jié)構(gòu)的地面試驗(yàn) 263 8.1 概述264 8.2 模擬零重力展開(kāi)試驗(yàn)264 8.2.1 地面重力補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)計(jì)原則264 8.2.2 模擬零重力方法265 8.2.3 張拉式薄膜可展開(kāi)結(jié)構(gòu)模擬零重力展開(kāi)設(shè)計(jì)實(shí)例266 8.3 地面模態(tài)試驗(yàn)272 8.3.1 模態(tài)測(cè)試方法及測(cè)試程序272 8.3.2 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)模態(tài)測(cè)試實(shí)例273 8.4 精度測(cè)試279 8.4.1 精度測(cè)試要求及常用測(cè)試方法279 8.4.2 精度參數(shù)測(cè)量方法及數(shù)據(jù)處理281 8.4.3 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)型面精度測(cè)試實(shí)例282 參考文獻(xiàn)285