衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析（上）匯報人：薛夢軒目錄衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證1衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計SatelliteStructureDesign衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的功能承受載荷衛(wèi)星結(jié)構(gòu)需要承受作用在衛(wèi)星上的靜力和動力載荷衛(wèi)星結(jié)構(gòu)需要為星載儀器提供固定安裝界面并保持一定的精度。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)是衛(wèi)星的骨架，為整星提供構(gòu)造外形，為衛(wèi)星和運載火箭的連接、為衛(wèi)星伸展附件的連接、為衛(wèi)星地面操作設(shè)備的安裝提供接口。安裝設(shè)備提供構(gòu)型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)是指為衛(wèi)星及其各分系統(tǒng)提供支撐，承受和傳遞載荷，并保持一定剛度和尺寸穩(wěn)定性的部件和附件的總稱。其主要功能包括如下。形成衛(wèi)星各部件之間、衛(wèi)星本體和附件之間、衛(wèi)星艙段之間或衛(wèi)星與運載火箭之間的緊固或連接狀態(tài)使衛(wèi)星各部件之間、衛(wèi)星艙段之間或衛(wèi)星與運載火箭之間相互分離使衛(wèi)星部件或附件展開到所需的位置或展開成所需的形狀使衛(wèi)星或附件指向規(guī)定的目標或方位衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星機構(gòu)的功能解除衛(wèi)星部件之間、衛(wèi)星本體和附件之間、衛(wèi)星艙段之間或衛(wèi)星與運載火箭之間的緊固或連接狀態(tài)盡量減小質(zhì)量利用有限容積突出剛度設(shè)計保證高度可靠適應(yīng)空間環(huán)境滿足一次使用衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和機構(gòu)的設(shè)計，除了具有一般機械構(gòu)件設(shè)計的特征外，還應(yīng)具有以下明顯的特點。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星機構(gòu)的設(shè)計特點衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和機構(gòu)的設(shè)計目標是在滿足各項涉及要求下，盡可能降低研制成本、減小研制風險和縮短研制周期。未達到此設(shè)計目標，在設(shè)計中至少還應(yīng)遵循以下原則：衛(wèi)星機構(gòu)設(shè)計原則重視設(shè)計的綜合性和迭代性繼承現(xiàn)有的設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)12保持最簡單的設(shè)計方案3強調(diào)設(shè)計的風險意識4充分考慮設(shè)計的工藝條件5認真注意設(shè)計的經(jīng)濟性6應(yīng)盡量做到所涉及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和機構(gòu)產(chǎn)品的通用化、系列化、組合化。7衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星機構(gòu)的設(shè)計原則衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分類按部件形狀分類按載荷傳遞分類按結(jié)構(gòu)功能分類按載荷傳遞的作用可分為主結(jié)構(gòu)和次結(jié)構(gòu)。主結(jié)構(gòu)是衛(wèi)星各組件與運載火箭之間的支撐，構(gòu)成主傳力路徑；次結(jié)構(gòu)是安裝在主結(jié)構(gòu)上的各種支撐結(jié)構(gòu)和衛(wèi)星附件。按結(jié)構(gòu)功能可分為承力結(jié)構(gòu)、密閉結(jié)構(gòu)和防熱結(jié)構(gòu)。多數(shù)情況下，結(jié)構(gòu)的功能是多重的。可分為：桿系結(jié)構(gòu)、板式結(jié)構(gòu)、課題結(jié)構(gòu)。1桿系結(jié)構(gòu)：可分為桁架和剛架2板式結(jié)構(gòu)：最主要的要求是提高其抗彎剛度和穩(wěn)定性，但又要保證最小的質(zhì)量。3殼體結(jié)構(gòu)：大多采用與板式結(jié)構(gòu)類似的組成和制造工藝。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星機構(gòu)的分類1壓緊與釋放機構(gòu)用于發(fā)射時實現(xiàn)衛(wèi)星本體與附件之間或部件與部件之間的牢固連接。入軌后又可按照要求釋放的裝置。3驅(qū)動機構(gòu)是根據(jù)指令按規(guī)定的速率和時間驅(qū)動（轉(zhuǎn)動或移動）相關(guān)部件或福建的裝置。4連接與分離機構(gòu)用于實現(xiàn)衛(wèi)星本體和部件間、衛(wèi)星艙段之間、衛(wèi)星與運載火箭之間的酪乳連接，在軌道上又可站規(guī)定實現(xiàn)上述連接部分的解鎖和分離。2展開機構(gòu)是指衛(wèi)星部件由收攏狀態(tài)展開到規(guī)定的位置或展開成規(guī)定形狀的裝置。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與機構(gòu)研制程序衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合分析方案設(shè)想提出攻關(guān)項目方案設(shè)計初步設(shè)計和分析關(guān)鍵技術(shù)公關(guān)方案驗證方案評審初樣設(shè)計初樣分析制定試驗規(guī)范制定驗收規(guī)范設(shè)計評審零部件制造零部件驗收初樣產(chǎn)品裝配鑒定試驗初樣階段評審正樣設(shè)計出廠評審驗收試驗零部件制造、驗收及產(chǎn)品裝配正樣分析可行性論證階段：方案階段：初樣階段：正樣階段：2衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)TechnicalFoundationofSatelliteStructureDesign衛(wèi)星結(jié)構(gòu)除承受一定的靜載荷外，還不可避免地承受非常惡劣的動載環(huán)境，如振動、沖擊、噪聲等。為了保證結(jié)構(gòu)在動載環(huán)境下的可靠性，必須在設(shè)計和是使用中準確分析和預(yù)測其動態(tài)特性。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動力學結(jié)構(gòu)動力學的基本任務(wù)是研究結(jié)構(gòu)在載荷作用下所表現(xiàn)出來的動態(tài)特性。包括自由振動特性和強迫振動特性。前者取決于結(jié)構(gòu)本身的固有特征和初始條件；后者還與外部載荷的輸出有關(guān)。由于復(fù)合材料行的的一系列優(yōu)點，使其在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛，為了進行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析，必須了解復(fù)合材料的力學性質(zhì)。目前在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中一般應(yīng)用的是纖維增強復(fù)合材料，一般是由多個纖維方向不同的單層復(fù)合材料鋪設(shè)而成。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)合材料力學復(fù)合材料力學是研究復(fù)合材料本身力學性質(zhì)的學科，包括材料剛度、強度等基本力學性能的分析。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析目前主要應(yīng)用有限元法，尤其是主要結(jié)構(gòu)的部件和整個衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的分析。有時對于特殊問題，仍需結(jié)合力學的概念和解析法來分析和解釋。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有限元法有限元法是隨著計算機應(yīng)用而迅速發(fā)展起來的一種有堅實理論和行之有效的數(shù)值分析工具，起源于飛機結(jié)構(gòu)的額矩陣分析。而今有限元方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天等更多領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)優(yōu)化中通常有截面尺寸、形狀和拓撲三類設(shè)計變量，對應(yīng)的優(yōu)化問題稱為截面尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計的方法按特征可以分為解析法、準則法和數(shù)學規(guī)劃法。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法人們在從事工程項目設(shè)計時，總希望在滿足一定環(huán)境條件和一些使用要求下達到方案最佳，這就是工程優(yōu)化問題。實現(xiàn)方案最佳的一系列數(shù)學方法成為最優(yōu)化方法，簡稱優(yōu)化方法。計算機輔助幾何造型即通過計算機的手段用數(shù)字的方法來表示衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)零件并完成相應(yīng)的裝配。為機構(gòu)的數(shù)字仿真提供了可能，可以在產(chǎn)品投產(chǎn)前確認設(shè)計方案是否合理，完成必要的修改。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)有限元分析軟件主要有美國MSC公司的NASTRAN和ANSYS公司的ANSYS軟件。計算機輔助運動分析有限元分析計算機輔助設(shè)計可大大縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少輔助工藝裝備，提高產(chǎn)品的加工精度。設(shè)計/制造一體化對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，數(shù)字化設(shè)計主要包括結(jié)構(gòu)件的數(shù)字化幾何造型與裝配（CAD）、機構(gòu)的運動分析、結(jié)構(gòu)的有限元力學分析（CAE）和結(jié)構(gòu)件的計算機輔助制造（CAM）四個方面。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)3衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計SatelliteStructureDesign衛(wèi)星從研制到任務(wù)結(jié)束的整個過程，其結(jié)構(gòu)所可能面臨的環(huán)境可分為：地面環(huán)境、發(fā)射環(huán)境、軌道環(huán)境和再入環(huán)境，各個環(huán)境對結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的影響如下：地面環(huán)境：對地面環(huán)境而言，最常遇到的事件有：地面自然環(huán)境、操作、儲存、運輸和地面試驗。軌道環(huán)境：近地空間環(huán)境包括：真空、熱輻射、帶電粒子輻射、紫外線輻射、中性粒子、微流星和空間碎片、磁場、重力場。再入環(huán)境：指衛(wèi)星返回艙進入大氣層后遇到的環(huán)境條件，將經(jīng)受比發(fā)射更為嚴重的力學和熱學環(huán)境。主要包括再入氣動力和氣動熱、返回沖擊。發(fā)射環(huán)境：發(fā)射環(huán)境需要注意的因素有：起飛和地面噪聲、最大氣動載荷、級間分離、整流罩分離、星箭分離。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境穩(wěn)態(tài)載荷源包括大多數(shù)地面穩(wěn)態(tài)操作，如起吊、停放、翻轉(zhuǎn)和飛行中的加速度、氣動力及熱環(huán)境等。包括發(fā)射或返回階段的氣動加熱、在軌運行中的溫度場和溫度交變環(huán)境。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)動載荷最為復(fù)雜，首先要弄清衛(wèi)星在各階段工作狀態(tài)下動力激勵源的類別和性質(zhì)，具體見下表。熱載荷源動力激勵源衛(wèi)星載荷按引起結(jié)構(gòu)載荷的性質(zhì)可分為3大類：穩(wěn)態(tài)載荷源、熱載荷源和動力激勵源。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的載荷分析動態(tài)載荷源分析衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計工作階段工作狀態(tài)動力載荷的激勵源發(fā)射前功能與性能檢測振動試驗、靜態(tài)點火空運陸運水運氣動擾動、推進器噪聲粗糙路面波動水面塔架待發(fā)狀態(tài)地面風、地震發(fā)射起飛點火、起飛釋放、發(fā)動機噪聲上升發(fā)動機不穩(wěn)定燃燒、氣動噪聲和抖振、PO-GO現(xiàn)象、控制系統(tǒng)不穩(wěn)定級間動作分離、級間點火軌道運行在軌動作控制系統(tǒng)不穩(wěn)定返回再入大氣啟動噪聲和抖振、氣動穩(wěn)定性表1衛(wèi)星動態(tài)載荷激勵源010203載荷分析結(jié)構(gòu)靜載荷分析：簡單的靜載荷可以直接用材料力學、結(jié)構(gòu)力學等解析方法求部件在和。復(fù)雜的可用數(shù)值法進行內(nèi)力分析。結(jié)構(gòu)動載荷分析：各飛行階段衛(wèi)星結(jié)構(gòu)動力分析包括：1發(fā)射階段衛(wèi)星/火箭聯(lián)合動力分析；2在軌運行階段衛(wèi)星本體動力分析；3返回階段返回艙動力分析。結(jié)構(gòu)的綜合載荷分析：衛(wèi)星在各種工作環(huán)境中，可能會同時受到靜力、動力和熱載荷源的聯(lián)合作用，再設(shè)計時，必須將這些載荷進行綜合。其中主要包括主結(jié)構(gòu)載荷分析與綜合和星載設(shè)備的載荷分析。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星載荷分析基本要求指在設(shè)計中結(jié)構(gòu)和機構(gòu)都必須始終遵循的基本原則，若不滿足，可能會危及衛(wèi)星任務(wù)的完成。由運載火箭、衛(wèi)星系統(tǒng)和星上其他分系統(tǒng)通過衛(wèi)星系統(tǒng)下達的設(shè)計指標或要求。指將衛(wèi)星系統(tǒng)或各分系統(tǒng)提出的強制要求再設(shè)計中進行分析轉(zhuǎn)化后，提出具體的約束條件和技術(shù)指標。強制要求導(dǎo)出要求衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括機構(gòu)設(shè)計）的要求可分成3類：基本要求、強制要求和導(dǎo)出要求。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計要求010203設(shè)計要求基本要求：是指結(jié)構(gòu)件和整形的強度和剛度。對于機構(gòu)設(shè)計除強度和剛度外還有它的功能要求。強制要求：主要分成3類：運載火箭系統(tǒng)對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的設(shè)計約束；衛(wèi)星系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的設(shè)計約束；任務(wù)環(huán)境對結(jié)構(gòu)和機構(gòu)的設(shè)計約束。導(dǎo)出要求：不同類型的結(jié)構(gòu)和機構(gòu)，導(dǎo)出要求不同。主結(jié)構(gòu)為：1結(jié)構(gòu)變形；2機械結(jié)構(gòu)3可操作性。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計要求選擇結(jié)構(gòu)形式和材料確定了結(jié)構(gòu)構(gòu)型后，在確定每個結(jié)構(gòu)部件的額機構(gòu)形式和材料。確定方案設(shè)計條件和基本構(gòu)型了解設(shè)計任務(wù)和技術(shù)要求，分清設(shè)計任務(wù)的主要問題和次要問題，提煉出研制中關(guān)鍵問題，忽略次要表面限制。形成初步方案完成各部件結(jié)構(gòu)類型選擇后，按衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)型和結(jié)構(gòu)配置，確定結(jié)構(gòu)部件間連接方式，組成完整結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。設(shè)計方案的比較與篩選對可選的各個方案給出定量分析結(jié)果，進行可靠定量比較，確定最終方案。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計構(gòu)型設(shè)計及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計要求的確定主結(jié)構(gòu)設(shè)計要求構(gòu)型設(shè)計次級結(jié)構(gòu)設(shè)計要求構(gòu)型設(shè)計除了要滿足個部件的視場要求、機械和電連接要求、衛(wèi)星的質(zhì)量特性要求外，還要滿足傳力和傳熱要求，裝配和維護要求，成本和進度要求等。主結(jié)構(gòu)設(shè)計的大多數(shù)考慮可用于次級結(jié)構(gòu)。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計見下表要求說明所需信息一般形狀和目的必須在被支承部件和運載火箭之間提供在載荷線路關(guān)鍵部件的布局自然頻率（或剛度）必須滿足運載火箭規(guī)定的基頻要求?？蓪偠纫蠓峙浣o主結(jié)構(gòu)的零件，保證衛(wèi)星之中在動態(tài)包絡(luò)范圍內(nèi)運載火箭用戶手冊中規(guī)定的基頻和動態(tài)包絡(luò)。質(zhì)量質(zhì)量通常是分配給結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的，因此往往作為初步設(shè)計的目標，而不是作為固定要求分配的質(zhì)量可操作性主結(jié)構(gòu)必須提供各部件或星載設(shè)備的可接近方式，一遍在地面操作時安裝和維護部件或設(shè)備衛(wèi)星構(gòu)型構(gòu)型設(shè)計及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計要求的確定衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計表2對主結(jié)構(gòu)的部分要求在選擇主結(jié)構(gòu)形式時，除了要是主結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求外，還要考慮自身的制造、組裝和連接方式等因素。桁架和殼體是兩種承載效率較高的主結(jié)構(gòu)類型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)形式衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計作用在桁架上的載荷應(yīng)該是節(jié)點上的集中力桁架結(jié)構(gòu)在方形、舉行、三角形構(gòu)型中承載效率最高考慮到主結(jié)構(gòu)的額各種應(yīng)用要求及結(jié)構(gòu)自身的連接要求后，再從各種結(jié)構(gòu)類別中進行比較和選擇。作用在殼體上的載荷應(yīng)該是分布載荷在載荷傳遞上，較難將載荷從桁架均勻地傳遞到殼體上結(jié)構(gòu)形式、材料和連接方式的選擇名稱常見結(jié)構(gòu)類型說明太陽翼基板基層結(jié)構(gòu)，通常是平面太陽翼基板必須輕，彈藥剛強到足以承受加速度和噪聲載荷無線支撐桿石墨/環(huán)氧復(fù)合材料在天線和敏感器需要精確地指向時，用于提供必要視場的桿件，通常由碳/環(huán)氧材料制成，以盡量減小熱變形和提供高的剛度設(shè)備安裝平臺或壁板夾層架構(gòu)，擠壓、機加或成形的梁往往把部件裝在剛度較大的輕型夾層壁板上電纜支架和電接插件板鈑金件或沖壓件鈑金件比機加件省錢，除非機加可以大大減少零件數(shù)目衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計表3常見次級結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式、材料和連接方式的選擇在選擇結(jié)構(gòu)類型時，同時也應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)部件間的連接方式。結(jié)構(gòu)部件的鏈接主要采用機械緊固、焊接和膠接在選擇時，要考慮到：衛(wèi)星結(jié)構(gòu)連接方法衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)形式、材料和連接方式的選擇裝配精度可接近性67拆卸的要求8費用9進度結(jié)構(gòu)類型及應(yīng)用連接零件的材料12連接剛度3連接強度4疲勞壽命510品質(zhì)保證和可靠性11衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比較主要包括參數(shù)的比較和比較方法兩部分衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比較衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的比較主要包括：1類別；2材料；3構(gòu)型；4類型；5構(gòu)件尺寸；6連接方式，如緊固形式和尺寸比較的方法主要包括：1對給定方案中的每個參數(shù)制定一個分數(shù)；2根據(jù)優(yōu)先順序?qū)γ總€打分參數(shù)制定一個加權(quán)系數(shù)；3把分數(shù)與加權(quán)系數(shù)相乘；4對每個滿足設(shè)計要求的方案的總分做比較。結(jié)構(gòu)形式、材料和連接方式的選擇確定各結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計參數(shù)結(jié)構(gòu)輪廓尺寸和艙段尺寸的確定確定結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計參數(shù)設(shè)計接口界面衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計的步驟設(shè)計迭代和優(yōu)化進行故障模式影響（FMEA）分析繪制工程圖樣提供相關(guān)的文件衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計的步驟第1階段建立優(yōu)化數(shù)學模型，包括選擇設(shè)計變量，建立目標函數(shù)，約束條件。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的計算，一般通過計算機來進行，在優(yōu)化設(shè)計時，要充分利用各種技巧來縮短時間。在優(yōu)化設(shè)計得出計算結(jié)果后，要對優(yōu)化結(jié)果進行分析，以便證實其準確性和適用性。第2階段第3階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計大體可分為3個階段：第1階段是建立數(shù)學模型，把工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題變成一個優(yōu)化的數(shù)學問題；第2階段是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的計算；第3階段是對優(yōu)化結(jié)果的分析。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用4衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料SatelliteStructureMaterial

結(jié)構(gòu)材料時形成衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和機構(gòu)的基礎(chǔ)。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與機構(gòu)的性能，特別是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的性能在很大程度上取決于材料的性能。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料重要性和要求對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料的性能要求是多種多樣的，以下僅說明較基本的、帶普遍的材料性能要求，而更詳細的或較特殊的要求，需要結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)或機構(gòu)設(shè)計要求來規(guī)定。1低密度要求；2機械性能要求；3物理性能要求；4材料真空出氣要求；5制造工藝性能要求。鋁合金主要特點：1密度低，具有較高的比強度和比模量2工藝性能良好，易于鑄造、成形和機加工3良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性4表面可自然形成氧化保護膜，抗腐蝕性號鎂合金主要特點：1密度小，比強度和比模量較高2減震性能好，可承受較大的沖擊載荷3具有良好的機加工、鑄造和鍛造性能4具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性鈹主要特點：1密度很低，強度很高2抗疲勞性好3熔點高，比熱容大4導(dǎo)熱性好5線膨脹系數(shù)小6熱穩(wěn)定性良好。鈦合金主要特點：1密度低，強度極高2高溫和低溫性能均良好3對大氣、海水、酸、堿有良好的抗腐蝕性4抗疲勞性好5導(dǎo)熱率小6線膨脹系數(shù)小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料金屬材料010203復(fù)合材料增強體目前多用采用長纖維材料，起著增強作用的主要材料，影響復(fù)合材料的主要性能界面層是包裹在增強體外的圖層，其功能是傳遞載荷，同時防止基體對增強體的損傷，確保增強體作用的發(fā)揮基體材料多用樹脂材料，起著支撐、保護增強體，保持復(fù)合材料形狀的作用衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料復(fù)合材料作為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)用的符合材料，由增強體、基體和界面層構(gòu)成。1選用低密度材料3選用滿足規(guī)定物理性能的材料4選用能滿足制造工藝條件要求的材料2選用剛度和/或強度高的材料衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料選擇1材料的成本3材料的供貨條件4材料加工條件2材料的狀態(tài)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料選擇5衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析SatelliteStructureAnalysis中心任務(wù)結(jié)構(gòu)分析的中心任務(wù)是對結(jié)構(gòu)的力學特性進行定量評價具有結(jié)果簡單、可靠，物理意義明確等優(yōu)點，但可應(yīng)用的工程實際問題很少。對表征力學特征的方程進行數(shù)值求解，目前使用最廣泛的是有限元法。解析解法數(shù)值解法衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析概述通過結(jié)構(gòu)分析可以有效選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。再設(shè)計方案初期，要得到一個高品質(zhì)的設(shè)計，需要做多個方案，通過分析對比，得到最優(yōu)方案。010203模型建立結(jié)構(gòu)的理想化：對實際結(jié)構(gòu)件在受力和傳力中起的作用、幾何形狀和尺寸及材料特性作出假設(shè)，這一簡化過程叫做結(jié)構(gòu)理想化。理想化中，應(yīng)著重考慮的是：使問題簡化并提供一個能夠得到必要信息（載荷、應(yīng)力、應(yīng)變等）和計算精度的模型。分析模型的檢驗：常用的分析模型檢驗方法有以下幾種：質(zhì)量特性檢驗、自由模態(tài)檢驗、剛度檢查、1g載荷系數(shù)等。建模需要考慮的問題：主要包括：結(jié)構(gòu)的理想化、有限元類型的選擇和單元網(wǎng)格的劃分、單元特性的準備、邊界條件的確定、載荷條件的確定。同時還要考慮1結(jié)構(gòu)理想化的實施；2結(jié)構(gòu)傳力路徑分析；3有限元類型的選擇和網(wǎng)格的劃分。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析模型建立結(jié)構(gòu)靜力分析，主要研究衛(wèi)星結(jié)構(gòu)在靜載或準靜載條件下的力學行為，解決結(jié)構(gòu)的經(jīng)輕度、剛度和穩(wěn)定性問題。結(jié)構(gòu)靜力分析包括變形分析、應(yīng)力分析、及穩(wěn)定性分析。目的是通過獲得結(jié)構(gòu)在設(shè)計載荷作用下的響應(yīng)特性來指導(dǎo)和驗證結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計和參數(shù)設(shè)計，驗證結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，進而減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量。其主要方法由解析法和數(shù)值法。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)靜力分析衛(wèi)星在起吊、翻轉(zhuǎn)、運輸過程，以及發(fā)射和在軌運行階段都要經(jīng)歷相當復(fù)雜的載荷環(huán)境，會對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)造成靜、動載荷，載荷條件通?？梢詺w納為以下幾種：結(jié)構(gòu)靜載荷衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析運載火箭部門等提供的發(fā)射過程準靜載荷起吊、翻轉(zhuǎn)。運輸過程的準靜載和12子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)耦合響應(yīng)載荷的準靜態(tài)等效載荷3結(jié)構(gòu)板的法向準靜態(tài)載荷4結(jié)構(gòu)靜力分析的載荷條件艙體結(jié)構(gòu)內(nèi)、外壓力載荷5變軌機動載荷6在軌熱載荷7對返回式衛(wèi)星，發(fā)射和再入過程還存在熱載荷和壓力載荷8穩(wěn)定性分析問題屬于典型的特征值問題，和應(yīng)力分析的思路是一致的。穩(wěn)定性分析模型建立更關(guān)注的是壓應(yīng)力和剪應(yīng)力相對嚴重的區(qū)域應(yīng)力分析，進行分析時，首先要分析傳力路徑和承載特征，然后就可以粗略判斷結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的應(yīng)力集中，確定需要詳細盈利分析的額結(jié)構(gòu)部位。在實際分析中，對結(jié)構(gòu)整體的初步分析，可以分離出局部解耦的載荷和位移。再根據(jù)載荷和位移，進一步對局部結(jié)構(gòu)進行詳細的有限元分析求出應(yīng)力。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)靜力分析衛(wèi)星結(jié)構(gòu)方案選擇的重要手段預(yù)計星載設(shè)備環(huán)境趨勢衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證方法之一分配星載設(shè)備支架剛度和星載設(shè)備固有頻率用于結(jié)構(gòu)故障診斷獲得衛(wèi)星各階段、振動頻率及振型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析衛(wèi)星模態(tài)的要求是對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求。由于衛(wèi)星模態(tài)取決于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的剛度，因此對衛(wèi)星模態(tài)的要求有時也成為對結(jié)構(gòu)剛度的要求。模態(tài)分析的主要作用如下：結(jié)構(gòu)模態(tài)分析建模中注意剛度的模擬由于衛(wèi)星的模態(tài)主要取決于結(jié)構(gòu)的剛度，因此在建立模態(tài)分析的計算模型是應(yīng)充分注意結(jié)構(gòu)剛度的模擬。對不易進行簡化或進行了簡化但難以確定參數(shù)的局部結(jié)構(gòu)進行試驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行建模，可以有限提高模態(tài)分析的準確性。通過實驗數(shù)據(jù)修正模型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析提高模態(tài)分析準確性的手段010203結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)分析結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)分析：衛(wèi)星結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)分析就是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)正弦激勵條件下的響應(yīng)分析。目前衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)分析主要借助有限元軟件來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)噪聲響應(yīng)分析迄今為止出實驗手段外，并沒有非常令人滿意的理論分析法。關(guān)于聲振力學環(huán)境的研究，基本上采用有限元分析和系統(tǒng)能量分析。結(jié)構(gòu)隨機振動分析隨機振動在某一時刻的狀態(tài)使不確定的，但不是毫無規(guī)律的。隨機振動分為平穩(wěn)隨機振動和非平穩(wěn)隨機振動。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)分析結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)分析的基本任務(wù)是研究結(jié)構(gòu)在各類動載荷作用下的動力學特性。其主要內(nèi)容包括以下幾方面：熱載荷主要來源于衛(wèi)星在發(fā)射及在軌飛行段的溫度環(huán)境。熱引起的結(jié)構(gòu)運動可分為4類：熱變形、熱彈性沖擊、熱振動和熱顫振。熱變形是指由溫度緩慢變化及其分布于的不均勻倒置結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的準靜態(tài)變形；熱彈性沖擊是之溫度突變導(dǎo)致微型上肉心結(jié)構(gòu)纏身的瞬態(tài)非振蕩運動；熱振動是由準靜態(tài)變形和周期震蕩運動疊加組成，是結(jié)構(gòu)的文臺東響應(yīng)，包括柔性結(jié)構(gòu)的彎曲、扭轉(zhuǎn)或萬紐運動的組合；熱顫振是熱致結(jié)構(gòu)運動中最嚴重的類型，使結(jié)構(gòu)的熱致非穩(wěn)態(tài)振動響應(yīng)。結(jié)構(gòu)的熱效應(yīng)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)熱變形和熱應(yīng)力分析是以熱分析得到的溫度場分布作為載荷輸入條件，一般僅以最惡劣的瞬間溫度條件作為分析載荷的輸入。熱變形與熱應(yīng)力衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析分析的理論基礎(chǔ)溫度可以看做“載荷”條件，實際效應(yīng)相當于使結(jié)構(gòu)具有一定的初應(yīng)變。結(jié)構(gòu)熱變形問題和一般的結(jié)構(gòu)靜力學問題可以統(tǒng)一考慮。有限元分析法結(jié)構(gòu)熱變形和熱應(yīng)力的有限元分析實質(zhì)上是結(jié)構(gòu)靜力有限元分析的延伸，分析步驟幾乎相同，回不過引入機械在和的同事要引入溫度載荷。結(jié)構(gòu)熱變形和熱應(yīng)力分析熱失穩(wěn)是指結(jié)構(gòu)在約束邊界下，由于溫度載荷作用而產(chǎn)生壓力（或剪應(yīng)力），并在內(nèi)應(yīng)力作用下失穩(wěn)。在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中，這類問題并不多見。與分析機械在和作用下結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類似，熱失穩(wěn)分析是求解結(jié)構(gòu)所能承受的失穩(wěn)臨界溫度和失穩(wěn)波形。在引入溫度條件下才來的本構(gòu)關(guān)系和溫度載荷條件后，兩者的分析基本相同?；跓嶙冃畏治龅挠邢拊Ｐ蛯⒑苋菀讓崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)熱失穩(wěn)分析。結(jié)構(gòu)熱失穩(wěn)衛(wèi)星結(jié)