申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2021-05-14

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN113158528B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2021.08.10#实质审查的生效;2021.07.23#公开

摘要：本发明涉及一种空间充气展开结构的动力学建模方法及系统，首先采用ALE‑ANCF时变长度薄壳单元和自然坐标法对共机架式充气展开卫星系统进行动力学建模，得到刚‑柔耦合系统动力学模型；然后对共机架式充气展开卫星系统中的柔性充气管进行网格划分，得到刚‑柔耦合系统动力学模型的初始广义坐标向量和初始广义速度向量；再建立刚‑柔耦合系统动力学模型的运动学约束方程；将运动学约束方程引入到动力学方程中，得到时域离散后的动力学方程，求解并进行过长边界单元处理，得到处理后的刚‑柔耦合系统动力学模型；最终结合理想气体方程，计算得到不同充气速率下的展开长度随充气时间的变化曲线，可提升计算动力学响应的准确性，构建精确的动力学模型。

主权项：1.一种空间充气展开结构的动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：采用ALE-ANCF时变长度薄壳单元和自然坐标法对共机架式充气展开卫星系统进行动力学建模，得到刚-柔耦合系统动力学模型；根据所述刚-柔耦合系统动力学模型，对所述共机架式充气展开卫星系统中的柔性充气管进行网格划分，得到所述刚-柔耦合系统动力学模型的初始广义坐标向量和初始广义速度向量；根据所述初始广义坐标向量和所述初始广义速度向量，建立所述刚-柔耦合系统动力学模型的运动学约束方程；将所述运动学约束方程引入到动力学方程中，并设置仿真迭代步长，得到时域离散后的动力学方程，对所述时域离散后的动力学方程进行迭代求解和过长边界单元处理，得到处理后的刚-柔耦合系统动力学模型；根据理想气体方程和所述处理后的刚-柔耦合系统动力学模型，计算所述柔性充气管展开过程中的动力学响应，并调节充气速率，得到不同充气速率下的所述柔性充气管的展开长度随充气时间的变化曲线；所述采用ALE-ANCF时变长度薄壳单元和自然坐标法对共机架式充气展开卫星系统进行动力学建模，得到刚-柔耦合系统动力学模型，具体包括：采用ALE-ANCF时变长度薄壳单元对共机架式充气展开卫星系统中的柔性充气管进行建模，得到柔性充气管动力学模型；采用自然坐标法对所述共机架式充气展开卫星系统中的刚体卫星和子星进行建模，得到刚体卫星动力学模型；将所述柔性充气管动力学模型和所述刚体卫星动力学模型结合，得到刚-柔耦合系统动力学模型；所述采用ALE-ANCF时变长度薄壳单元对共机架式充气展开卫星系统中的柔性充气管进行建模，得到柔性充气管动力学模型，具体包括：根据所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元上任一点的位置矢量，对所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元进行位形描述，得到所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元的运动学约束方程；采用拉格朗日乘子法引入所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元的运动学约束方程，得到所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元的动力学方程，确定所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元上微元的几何关系；在所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元上建立局部曲线坐标系和局部笛卡尔坐标系，得到所述局部曲线坐标系和所述局部笛卡尔坐标系之间的转换矩阵，并结合所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元上微元的几何关系，得到所述ALE-ANCF时变长度薄壳单元的应变向量和曲率向量；采用有限元组装方法，将所述柔性充气管离散成多个充气管单元，对多个所述充气管单元和节点进行有序编号，按照各个所述充气管单元的编号顺序，将所述充气管单元的广义坐标、广义速度、质量矩阵、弹性力、附加惯性力和广义外力组装成新的矩阵，得到所述柔性充气管的广义坐标、广义速度、质量矩阵、弹性力、附加惯性力和广义外力的动力学模型参数，从而得到所述柔性充气管动力学模型。

全文数据：

权利要求：

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