第1章 緒論 1 1.1 概述2 1.2 航天器張拉式可展開薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀3 1.2.1 太陽能電池陣與空間太陽能電站3 1.2.2 太陽帆5 1.2.3 薄膜天線7 1.2.4 薄膜遮陽屏與遮光罩10 1.3 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)力學研究現(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)展開過程動力學14 1.3.3 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)展開態(tài)動力學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)彈性展開驅(qū)動技術(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)地面測試技術(shù)研究現(xiàn)狀26 參考文獻31 第2章 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)的展開與折疊方法 41 2.1 概述42 2.2 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)展開方法42 2.2.1 彈性伸桿驅(qū)動可展開支撐桁架42 2.2.2 套筒驅(qū)動可展開支撐桁架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81 第3章 彈性大變形支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析 83 3.1 概述84 3.2 彈性伸桿材料力學模型建立85 3.3 彈性伸桿展開應(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 彈性伸桿展開過程分析94 3.4.1 彈性伸桿展開機理分析94 3.4.2 彈性伸桿正常展開分析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 彈性伸桿展開應(yīng)變能模型建立103 3.5.1 實驗樣機研制與測試系統(tǒng)搭建103 3.5.2 彈性伸桿松脫過程實驗106 3.5.3 彈性伸桿展開過程實驗109 參考文獻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 角點張拉矩形薄膜的應(yīng)力疊加113 4.2.2 多點張拉矩形薄膜的應(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 通過找形分析對比張拉系統(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153 第5章 張拉薄膜結(jié)構(gòu)動力學研究與分析 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分析155 5.2.1 張拉薄膜結(jié)構(gòu)的自由振動方程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)非線性動力學研究167 5.3.1 薄膜結(jié)構(gòu)自由振動非線性動力學模型167 5.3.2 薄膜結(jié)構(gòu)非線性自由振動仿真分析171 5.3.3 薄膜結(jié)構(gòu)自由振動試驗設(shè)計與分析174 5.4 張拉薄膜結(jié)構(gòu)剛?cè)狁詈蟿恿�學研究179 5.4.1 平面薄膜結(jié)構(gòu)耦合動力學建模180 5.4.2 平面薄膜結(jié)構(gòu)耦合動力學特性仿真分析188 參考文獻192 第6章 薄膜褶皺解析模型的建立及驗證 193 6.1 概述194 6.2 應(yīng)力場模型建立194 6.2.1 楔形應(yīng)力場194 6.2.2 分段應(yīng)力場195 6.3 基于分段應(yīng)力場的薄膜褶皺解析模型建立196 6.3.1 角點褶皺解析模型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測試分析206 6.4.3 結(jié)果對比與討論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)果對比215 6.5.4 拉力對薄膜褶皺的影響分析220 6.5.5 邊索結(jié)構(gòu)對薄膜褶皺的影響分析223 參考文獻226 第7章 薄膜結(jié)構(gòu)折展過程動力學仿真分析 228 7.1 概述229 7.2 薄膜結(jié)構(gòu)折痕與基本單元展開仿真229 7.2.1 張拉薄膜結(jié)構(gòu)的自由振動方程229 7.2.2 Miura模態(tài)分析流程233 7.2.3 加載點數(shù)量對展開過程的影響238 7.3 平面薄膜結(jié)構(gòu)徑向展開過程仿真239 7.3.1 折疊方案239 7.3.2 薄膜結(jié)構(gòu)徑向展開過程仿真240 7.3.3 不同參數(shù)方案展開過程仿真242 7.4 平面薄膜結(jié)構(gòu)纏繞展開過程仿真245 7.4.1 折疊方案245 7.4.2 纏繞展開過程建模及仿真分析246 7.4.3 不同折痕方案展開過程仿真分析251 7.5 平面薄膜結(jié)構(gòu)纏繞折疊過程仿真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)型折疊過程仿真255 7.5.3 纏繞折疊構(gòu)型減少驅(qū)動點仿真258 參考文獻261 第8章 張拉式可展開薄膜結(jié)構(gòu)的地面試驗 263 8.1 概述264 8.2 模擬零重力展開試驗264 8.2.1 地面重力補償設(shè)備的設(shè)計原則264 8.2.2 模擬零重力方法265 8.2.3 張拉式薄膜可展開結(jié)構(gòu)模擬零重力展開設(shè)計實例266 8.3 地面模態(tài)試驗272 8.3.1 模態(tài)測試方法及測試程序272 8.3.2 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)模態(tài)測試實例273 8.4 精度測試279 8.4.1 精度測試要求及常用測試方法279 8.4.2 精度參數(shù)測量方法及數(shù)據(jù)處理281 8.4.3 張拉式薄膜結(jié)構(gòu)型面精度測試實例282 參考文獻285