[发明专利]兼具高共振频率和热失配零翘曲的超结构及其确定方法

摘要

本发明涉及一种兼具高共振频率和热失配零翘曲的超结构及其确定方法，超结构用于异质结构的连接，包括多级微结构；每一级微结构包括多个微结构单元；所述多级微结构由外向内分布，各级微结构具有自相似特征每级微结构在面内形成的包络线与异质结构的面内外形轮廓线均具有几何相似关系。基于本发明提供的超结构，在温度变化时的翘曲变形接近于零，而且具有高的一阶共振频率的特性，满足航天器结构在轨尺寸稳定性和发射高刚度的使用要求。

主权项

1.一种兼具高共振频率和热失配零翘曲的超结构确定方法，其特征在于，该超结构用于异质结构中待连接结构的连接，包括：多级微结构；每一级微结构包括多个微结构单元；所述多级微结构由外向内分布，各级微结构具有自相似特征每级微结构在面内形成的包络线与异质结构的面内外形轮廓线均具有几何相似关系，该超结构确定方法包括如下步骤：步骤1)、建立有限元分析模型，所述有限元分析模型为包括第一结构板、第二结构板，以及刚性连接于所述第一结构板和所述第二结构板之间的超结构的模型；在该模型中，所述第二结构板与有效载荷刚性连接；其中，第一结构板的材料热膨胀系数为α₁，第二结构板的材料热膨胀系数为α₂，且α₁≥α₂；第一结构板和第二结构板在面内方向的内切圆直径分别记为D₁和D₂，且D_min＝Min(D₁,D₂)；所述超结构中，微结构单元厚度的初始设计值为：t₁＝Min(3D_min/1000，d)，d为预先设定的厚度；微结构单元宽度和高度预先设定为w＝t₁/0.075，h＝t₁/0.015；微结构单元相邻环向间距d_θ＝1.25w；微结构单元径向层级数的初始设计值n₁＝10；步骤2)、根据超结构使用时的位移约束情况，施加位移边界条件，进行模态计算，获得一阶固有频率f₁；步骤3)、根据在轨温度工况，施加温度场载荷，进行惯性释放设置，进行热变形计算，获得第二结构板的法向翘曲变形v₁；步骤4)、将模态计算结果和热变形计算结果分别与一阶固有频率约束值f₀和结构翘曲约束值v₀进行比较，若f₁>f₀，且v₁<v₀，则超结构设计参数满足使用需求，超结构的构型设计方案完成；否则，进行步骤i、j或k；i.若f₁≤f₀，且v₁<v₀，则增大微结构单元厚度，按t₂＝1.1t₁，t₃＝1.1t₂，...进行迭代，直至满足f₁>f₀，且v₁<v₀；否则，进行步骤k；j.若f₁>f₀，且v₁≥v₀，则减小微结构单元厚度，按t₂＝0.9t₁，t₃＝0.9t₂，...进行迭代，直至满足f₁>f₀，且v₁<v₀；否则，进行步骤k；k，增大微结构单元层级数量，按n₂＝n₁+1，n₃＝n₂+1，...进行迭代，直至f₁>1.3f₀或1.5f₀，然后减小微结构单元厚度，按t₂＝0.9t₁、t₃＝0.9t₂进行迭代，直至满足f₁>f₀，且v₁<v₀。