基于绝对节点坐标法的环形局部空间电梯系统动力学分析

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随着人类开始迈入太空时代,太空中的运输成为人们日益关注的热点问题。局部空间电梯作为一种新兴的太空运输技术,近年来受到了众多学者的广泛关注。最近,李刚强等提出了环形局部空间电梯概念,其运输效率高、成本低廉。然而,环形局部空间电梯整体尺寸较大,运动时间较长,并受到科氏力的作用,电梯在运动过程中极易产生大范围运动并可能发生接触碰撞。因此,有必要对环形局部空间电梯的动力学行为展开研究。由于系绳相对整体结构尺寸过长,需要考虑系统柔性变形。因此本文利用绝对节点坐标缩减梁单元建立系绳的动力学模型,将空间电梯和上下平台都简化为质量附加于系绳上,其中空间电梯可沿系绳运动,上下平台使系绳两端距离保持不变。在微重力环境下建立系统动力学方程并用广义-α方法对其进行有限元分析。本文介绍了环形局部空间电梯系统的动力学模型,详细介绍了用于离散柔性系绳的绝对节点坐标缩减梁单元;建立了电梯沿绳运动的约束模型并推导了系统动力学方程。数值仿真结果表明传统环形单电梯系统在运动过程中会产生较大的横向摆动,可能导致两电梯接触。本文提出了电梯总质量保持不变条件下增加电梯数量和电梯做减速运动两种策略以减缓系统摆动。也就是提出了均速单电梯系统,减速单电梯系统,匀速双电梯系统,减速双电梯系统四种方案。本文研究内容为局部空间电梯系绳运输系统的实现提供理论依据。
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