The invention belongs to the space film structure design field, and provides an optimization design method for the clamp shape of the spatial thin film structure to suppress the folds, so as to solve the problem of folding phenomenon in the space film structure under the tensile action of the traditional fixture. On the basis of nonlinear finite element analysis, by optimizing the shape of the fixture to change the loading boundary conditions, maximize the minimum principal stress of the element in the film region, regulate the distribution of the main stress of the film, and use the global optimization algorithm to find the global optimal design, and then obtain the new fixture form of the \bow\ and \convex\ boundary. In order to achieve the purpose of complete drape. The invention not only makes the folds in the thin film produced, but also does not cut the film. It can ensure that the film has a large enough working area, and the fixture design suitable for space antenna and solar sail, which is beneficial to the preparation of thin film folds, ensure the working energy of the structure, and do not increase any manufacturing and emission. And operating costs.
【技术实现步骤摘要】
一种抑制褶皱的空间薄膜结构夹具形状优化设计方法
本专利技术属于航天薄膜结构设计领域,涉及一种空间薄膜结构的夹具形状优化设计方法。
技术介绍
柔性薄膜具备重量轻、能承受大变形、易于折叠/展开等优点,广泛用于航天空间结构。薄膜和展开机构之间通过刚性夹具连接,在太空中展开后使得膜面内产生张拉应力,用以实现其特定功能。然而,由于薄膜几乎不能承受面内压缩应力,在外荷载作用下容易出现面外屈曲,即褶皱现象。对传统设计给出的结构形式进行物理试验及有限元分析表明:空间薄膜结构在展开后容易产生大量褶皱,会严重影响空间结构的形面精度和使用性能。针对此问题,通过在薄膜内部或边缘进行挖孔,虽然能够抑制褶皱,但必然会减少薄膜面积。为得到既能保证高精度形面要求,又具有足够大薄膜工作面积的有效结构形式,一个非常有效的方法是采用优化设计的手段重新设计夹具结构形式,通过改变薄膜的位移加载边界条件来调整薄膜内部区域的应力分布情况,使整个薄膜区域的最小主应力增大为正值,达到预期的完全张拉状态。
技术实现思路
针对空间薄膜的高精度形面要求及大面积工作膜面要求,本专利技术提供一种支撑夹具的形状优化设计方法,该方法能够提高薄膜的最小主应力,拟制薄膜中褶皱的产生,同时能够保证薄膜具有足够大的工作面积。本专利技术适合于空间天线、太阳帆等空间薄膜结构的夹具设计,有利于拟制薄膜褶皱,保证结构工作性能,并且不增加任何制造、发射及运行成本。为了达到上述目的,本专利技术的技术方案为:一种抑制褶皱的薄膜结构夹具形状优化设计方法,主要包括夹具部件形状优化和空间薄膜结构数值验证两部分,具体步骤如下:第一步,对夹具部件进行形状 ...
【技术保护点】
一种抑制褶皱的空间薄膜结构夹具形状优化设计方法,其特征在于以下步骤:第一步,对夹具部件进行形状优化1.1)根据结构的尺寸要求和实际加载情况确定设计域,划分有限元单元网格,建立带夹具的薄膜结构有限元模型;所述的薄膜结构有限元模型中,刚性夹具部件用弹性模量大的材料进行模拟;在薄膜与夹具的连接线上选取若干设计点,用B样条函数插值生成夹具和薄膜边界;1.2)对刚性夹具施加位移荷载,采用非线性有限元分析方法对所述薄膜结构有限元模型进行分析;1.3)以薄膜区域内最小主应力最大化为最终设计目标,对夹具的边线进行设计,构造形状优化模型:(a)目标:使薄膜区域的最小主应力最大化,即
【技术特征摘要】
1.一种抑制褶皱的空间薄膜结构夹具形状优化设计方法,其特征在于以下步骤:第一步,对夹具部件进行形状优化1.1)根据结构的尺寸要求和实际加载情况确定设计域,划分有限元单元网格,建立带夹具的薄膜结构有限元模型;所述的薄膜结构有限元模型中,刚性夹具部件用弹性模量大的材料进行模拟;在薄膜与夹具的连接线上选取若干设计点,用B样条函数插值生成夹具和薄膜边界;1.2)对刚性夹具施加位移荷载,采用非线性有限元分析方法对所述薄膜结构有限元模型进行分析;1.3)以薄膜区域内最小主应力最大化为最终设计目标,对夹具的边线进行设计,构造形状优化模型:(a)目标:使薄膜区域的最小主应力最大化,即其中,e为有限元单元编号,S2为最小主应力,Ωm为薄膜区域;(b)约束:确定薄膜面积用量,作为约束下限;所述的面积用量不小于初始薄膜面积的95%;(c)设计变量:夹具边线上设计点的坐标;1.4)根据步骤1.3)建立的形状优化模型,对极小极大优化目标进行凝聚变换;1.5)根据步骤1.3)和1.4)建立的形状优化问题,采用全局优化算法...
【专利技术属性】
技术研发人员:罗阳军,邢健,亢战,李明,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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