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在空间结构的研制过程中,结构固有特性分析和结构优化设计是非常重要的两项研究工作。固有特性的分析能检验结构的固有频率是否满足结构设计的要求。现代结构设计采用CAE技术,通过静态动态分析,使得整体结构的强度刚度、模态频率得到控制,大大地减少了样品的制作和实验时间。首先,本文以SPORT太阳极轨卫星为应用背景,针对不同需求的需要,给出两种SPORT卫星子星结构设计方案,确定结构组成、材料选取和结构类型,给出结构构件的布局、形状和尺寸。分别针对给出的两种不同SPORT卫星子星结构设计方案,运用CAD软件Unigraphics(UG)对SPORT卫星子星以及母星伸展臂进行总体构型设计。采用现代CAE技术,通过MSC.Patran软件建立不同结构布局的子星有限元分析模型;建立以一阶固有频率最大,质量最小为目标的母星伸展臂有限元分析模型。随后,利用MSC.Nastran软件在虚拟的原型样机上进行子星收拢和展开状态下的动力学仿真分析;对母星伸展臂进行动力学仿真。引入结构优化设计理论,从截面尺寸优化、结构形状优化等优化方式入手,遵循最大程度满足设计要求、保持最简单的设计方案、充分考虑设计的工艺条件、注意设计的经济性等多项原则,分别对收拢状态的子星模型、展开状态的子星模型以及母星伸展臂的结构模型进行结构优化设计,提出优化后的设计方案。最后,对优化后的收拢和展开状态的子星模型进行动力学仿真,得到模型结构的固有频率。对比优化前的数据,验证优化后的子星总体结构设计的强度刚度是否满足设计要求,是否比优化前有所提高;对优化后的母星伸展臂进行动力学仿真,对比优化前模型仿真结果,验证优化后的模型是否一阶固有频率最大、质量最小,是否满足SPORT卫星姿态控制对伸展臂展开状态基频的初步要求;对优化后的子星模型(收拢与展开状态)连接优化后母星伸展臂的整体模型进行动力学仿真分析,验证模态仿真得到的频率是否满足SPORT卫星姿态控制对伸展臂展开状态基频的初步要求,是否可控;分析仿真的结果可为卫星姿态控制提供相关数据,为空间可展结构的总体方案设计优化提供科学依据和技术支持,使设计的方案逐步接近工程应用,运用于实际。本文主要包括了以下几部分内容:1.对国内外空间飞行器、空间可展结构做了调研,对现代CAD/CAE技术的发展、应用做了调研;介绍了本论文的研究目的、意义以及创新点;2.对本文研究所选用的CAD/CAE软件作了详细介绍;引入有限元法作为分析的理论依据,介绍了有限元法分析步骤及有限元方程基本原理;引入结构优化设计理论并介绍了基本概念;引入模态分析的概念,介绍了模态分析的目的及模态分析方程建立。3.分别对SPORT卫星子星模型方案一和二做了详细模型方案设计,其中包括子星结构设计与结构优化;伸展臂结构设计与结构优化;对子星展开收拢状态、伸展臂展开状态、子星展开和收拢状态分别连接伸展臂的整体结构进行动力学仿真分析;对比得到的数据,验证是否达到了结构优化的目的、是否满足了任务设计的需求。4.总结本文研究所得到的结论,验证结论是否满足要求,并对今后的继续研究进行了展望。