空間薄膜結(jié)構(gòu)剛?cè)狁詈戏蔷€性動(dòng)力學(xué)分析

邵琦，陸一凡，史創(chuàng)，岳洪浩，劉榮強(qiáng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001

1 引言

空間薄膜結(jié)構(gòu)憑借大柔性、低剛度等特點(diǎn)成為極具前景的航天器結(jié)構(gòu)，但同時(shí)也表現(xiàn)出極強(qiáng)的非線性，這使得結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性復(fù)雜且極易受到擾動(dòng)。星體與附件的機(jī)動(dòng)剛體運(yùn)動(dòng)是對空間薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)的主要因素之一，剛?cè)狁詈闲?yīng)下的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)將對空間薄膜天線等薄膜結(jié)構(gòu)的正常工作產(chǎn)生極大影響。

目前大部分研究針對的是柔性桿、梁與薄板結(jié)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)問題。對于柔性梁結(jié)構(gòu)，張廣蕓構(gòu)造了包含非線性耦合關(guān)系的形函數(shù)，對降階剛?cè)狁詈线B桿系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與受力分析[1]；文獻(xiàn)[2-4]建立了空間曲梁剛?cè)狁詈嫌邢拊Ｐ停紤]了“剛”與“柔”之間的相互影響；李鐵壽對其柔性附件輕質(zhì)梁耦合系統(tǒng)的五自由度動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究[5]。對于板結(jié)構(gòu)，Yoo研究了在常規(guī)線性建模方法中忽略的運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)剛度變化項(xiàng)對板動(dòng)力響應(yīng)的影響[6]；沈超明針對中心剛體與柔性板系統(tǒng)，對比了零次近似模型與一次耦合模型的差異[7]；Yuan等人分析了太陽能板平移與轉(zhuǎn)動(dòng)的耦合效應(yīng)[8]；陸棟寧等人對高分七號衛(wèi)星板狀天線的捕獲運(yùn)動(dòng)對衛(wèi)星姿態(tài)的影響進(jìn)行研究[9]。

對于空間薄膜結(jié)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)，部分研究將薄膜結(jié)構(gòu)簡化等效為柔性梁或薄板結(jié)構(gòu)，如：蔣建平將太陽翼等效為柔性梁，通過Lagrange方程建立了一次近似動(dòng)力學(xué)模型[10]；……