[发明专利]一种太阳翼帆板的等效建模方法

说明书

本发明涉及一种太阳翼帆板的等效建模方法，包括以下步骤：在三维建模软件中简化太阳翼帆板模型；使用前后处理软件对简化后的太阳翼帆板模型采用节点六自由度壳单元进行网格划分；太阳帆板中夹芯层铝蜂窝结构采用三明治夹芯板理论建立动力学仿真分析模型；将铝蜂窝上、下碳丝网格面板采用均质恒厚各向异性层进行等效代替，建立有限元模型。本发明以某型号卫星的太阳电池阵为研究对象，对其中复合材料组件进行有限元建模，通过航天通用仿真分析软件MSC.Nastran对其展开工况进行模态分析，简单、可靠、实用性强，为该型号电池阵的结构设计和改进提供了重要依据。

技术领域

本发明涉及铝蜂窝夹层板仿真分析领域，具体地说是一种太阳翼帆板的等效建模方法。

背景技术

太阳电池阵展开系统由于其负载的特性是跨度大、质量轻、结构阻尼弱、连接刚度低，因此其力学特性非常复杂。太阳电池阵的动力学性能在卫星的正常运转中有着十分重要的作用。因此为保证产品的高可靠度，需要进行动力学响应分析。目前航天型号产品中大量使用复合材料，复合材料的有限元建模对仿真分析结果的精确性至关重要。正确的建模方式使得仿真分析的结果与试验测试的结果在要求的误差范围内，确保产品的各项力学性能指标满足设计技术要求。

在采用MSC.Nastran、ANSYS等大型通用软件对太阳翼帆板进行有限元建模仿真计算时，这些通用程序中没有蜂窝结构和筛子行碳丝网格面板的单元库，使得计算只能采取等效处理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种太阳翼帆板的等效建模方法，解决了太阳翼帆板主结构夹层铝蜂窝结构和碳纤维复合材料面板建模仿真的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种太阳翼帆板的等效建模方法，包括以下步骤：

步骤1：在三维建模软件中简化太阳翼帆板模型；

步骤2：使用前后处理软件对简化后的太阳翼帆板模型采用节点六自由度壳单元进行网格划分；

步骤3：太阳帆板中夹芯层铝蜂窝结构采用三明治夹芯板理论建立动力学仿真分析模型；

步骤4：将铝蜂窝上、下碳丝网格面板采用均质恒厚各向异性层进行等效代替，建立有限元模型。

所述简化太阳翼帆板模型包括对零件进行去除圆角、倒角，去除对主结构无影响的零散辅助件，以及辅助建模分割零件。

所述三明治夹芯板理论为：假定芯层能抵抗横向剪切变形并且具有相应的面内刚度，上下碳丝网格服从Kirchhoff假设，忽略其抵抗横向剪应力的能力，则铝蜂窝芯层等效为均质的厚度不变的正交异性层。

所述等效的均质的厚度不变的正交异性层的等效弹性参数为：

其中，t、l分别为蜂窝胞元壁板的厚度和长度；ρ、E、G分别为铝蜂窝材料的密度、弹性模量和剪切模量；μ为泊松比；γ为修正系数，一般取0.4～0.6； E_x、E_y、E_z为三个坐标方向的等效弹性模量；G_xy、G_xz、G_yz为三个坐标面内的等效剪切模量；μ_x、μ_y、μ_z分别为X、Y、Z向等效泊松比；ρ_e为等效后的芯层密度。

所述碳丝网格由若干宽度和间距恒定的碳纤维横纵铺设而成。

所述均质恒厚各向异性层为保持每层碳纤维总体积不变，将铝蜂窝上、下碳丝网格面板等效成的等厚的各向异性纤维层。