隨著衛(wèi)星通信技術的不斷發(fā)展,人類對于天線精度的需求越來越高,這就使得星載天線的口徑和質量逐漸增加。隨著材料科學的不斷發(fā)展,一種以碳纖維復合材料作為天線蒙皮的蜂窩夾層結構逐漸被各大通信衛(wèi)星所應用,碳纖維蒙皮蜂窩夾層結構具有質量輕、強度高、抵抗熱變形能力強等特點,能在高低溫周期性變化的太空環(huán)境環(huán)境中長期服役。本文對碳纖維/鋁蜂窩夾層結構的熱變形及其型面精度進行了計算研究。首先,根據蜂窩平面投影形狀及成型工藝,選取雙壁厚正六邊形蜂窩作為本反射器蜂窩的結構形式,同時采用航天領域常用的硬鋁—5A02鋁合金作為蜂窩材料。由于蜂窩結構復雜的力學和熱學特性,需要對蜂窩結構進行等效力學和熱學性能計算�；陔p壁厚Y模型等效理論,給出了各向同性蜂窩等效力學參數計算公式;根據ABAQUS有限元計算和S-P公式,在忽略空氣導熱和對流輻射的前提下,得出了蜂窩結構等效熱導率在熱傳導和熱輻射耦合作用下的分析方法;根據體積混合原理,得出正六邊形雙壁厚蜂窩結構等效比熱容的計算公式;利用ABAQUS有限元分析得出蜂窩等效熱膨脹系數與蜂窩芯材自身的熱膨脹系數的關系。其次,對反射器蒙皮材料M55碳纖維層合板在低溫-80℃、常溫和高溫120℃的力學性能進行實驗測試,包括:彈性模量、泊松比、面內剪切模量和面外剪切模量,并得出M55層合板力學性能隨溫度的變化關系;對M55碳纖維層合板和5A02鋁合金的熱學性能在-80℃~120℃下進行實驗測定,包括:比熱容、熱導率和熱膨脹系數,得出其熱學性能與溫度的響應規(guī)律;將測出的蜂窩芯材的性能帶入到蜂窩等效理論中,得出了準確的蜂窩等效參數,包括:等效密度、等效比熱容、等效熱導率以及等效熱膨脹系數,同時得出其在-80℃~120℃條件下的變化規(guī)律。最后,利用ABAQUS對反射器小尺寸瓜片模型進行熱變形分析,并通過精度擬合得到小尺寸反射器的RMS值,通過與實驗測量的RMS值相對比,得出實驗測試值和模擬計算值的偏差,驗證了蜂窩等效參數計算的準確性;根據對型面精度影響因素的分析,包括:溫度梯度、熱膨脹系數、蜂窩高度、鋪層數量、膠層厚度和鋪層角度偏差,得出了蜂窩高度方向的熱膨脹系數為影響反射器精度的最主要因素,同時得到了最優(yōu)的反射器結構�；诜瓷淦鲗嶋H裝配條件建立了全尺寸反射器有限元模型,得出反射器工作面裝配的埋塊和緊固件能夠有效減小工作面變形,通過精度擬合得到全尺寸反射器型面精度RMS值,說明本反射器具有良好抵抗熱變形能力和較高的型面精度。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN927.2
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文度梯度較大的溫度場。在確保天線反射器正常運行的射器的熱變形和型面精度，熱載荷往往是作用于星載溫度梯度通常在-150℃~200℃之間，傳統(tǒng)材料和結構內很難保持較小的熱變形，所以越來越多的星載天線窩夾層結構[4]，如圖 1-1 所示。

為了精確且高效的計算蜂窩夾層結構反射器的熱變形，得出準確的反射面精度，就需要對蜂窩結構的力學進行等效計算，即將蜂窩結構視為正向異性實體；還需對蜂窩內部的熱學性能做出準確分析；最后需對反射型面精度做出精確擬合。目前國內外許多學者對蜂窩等效理論、蜂窩內熱特性分析以及反射器型面精度擬合進行了研究。.1 蜂窩等效理論研究蜂窩結構按照平面投影的形狀，可以分為正六邊形、矩形、菱形等，其六邊形蜂窩結構耐拉壓、用量省并且制造簡單，所以結構效率最高，目對正六邊形蜂窩的研究較為成熟，因此應用最為廣泛[10]，正六邊形蜂窩歸結為等壁厚和直板雙壁厚兩種形式，如圖 1-2 所示。蜂窩結構的離散勻性給普通的力學分析帶來許多困難，因此對蜂窩芯層的等效分析顯得重要，國內外學者通過對蜂窩夾層結構宏觀性質和細觀胞元的研究，形許多較為成熟的理論和數學模型。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文考慮了蜂窩夾芯胞壁的伸縮變形，使剛度矩陣不再奇異，但該窩胞元沒有和其他彈性模量的推導相結合；隨后趙金森[14]采用來表征蜂窩結構，通過力學分析推導出等壁厚蜂窩等效參數，法研究正六邊形蜂窩的面內力學參數，并通過有限元實體建模結果精確度很高；但根據蜂窩制造工藝可知，實際成型的蜂窩向上的兩邊厚度是其他四邊厚度的兩倍，所以必然導致蜂窩芯異性的影響增強且不可忽略，胡玉琴[15]對基于 Y 模型的等效公，得出了蜂窩在橫向和豎向上的剪切模量不相等的結論，并給窩結構的等效公式，等壁厚和雙壁厚的 Y 模型如圖 1-3 所示。厚蜂窩等效和胡玉琴的雙壁厚蜂窩等效是目前應用最廣的兩種

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2817258