太阳能板折叠机构展开过程仿真分析

【摘要】：太阳能发电技术在能源问题日益凸显的今天得到广泛应用，应急发电车作为重要的移动电源装置在应对自然灾害、突发事件时都起到了极其重要的作用，将太阳能发电技术与应急发电车相结合，提出太阳能应急发生电车的研发这一研究课题，在工程研究领域具有重要的应用价值。 本文的研究对象—太阳能板折叠机构—是太阳能应急发生电车的重要组成部分，同时也是主要的能量转换装置，其结构性能对太阳能应急发生电车的研发工作有很大影响。太阳能板折叠机构，其结构比较复杂，属于大型机械装置，本文采用虚拟样机技术对其展开过程的动力学性能进行研究，主要工作有： 对太阳能板折叠机构的结构进行合理简化，应用UG软件建立机构主要部件的三维几何模型并完成装配，将装配好的模型导入到多体动力学仿真分析软件MSC.ADAMS中，建立机构的多刚体动力学模型并进行仿真分析，得到了太阳能板折叠机构在展开过程中的动力学性能以及关键构件的受力情况。 综合应用UG、ADAMS、ANSYS三种软件对机构中的内、外侧展开臂结构以及活动支架结构进行协同建模与联合仿真，通过有限元分析校核构件的强度和机构的使用安全性。 考虑机构整体大位移运动与构件小位移变形之间的耦合，将活动支架和两个内侧展开臂看作是柔性结构，建立机构刚-柔耦合动力学仿真模型，重新对撑杆子系统进行动力学仿真，得到考虑构件柔性后的系统动力学响应，对仿真结果进行分析并与全刚体模型的仿真结果对比。 本文用虚拟样机技术实现太阳能板折叠机构的展开过程，并得到机构在展开过程的动力学特性，研究成果可以为折叠太阳能电池板等大型结构的动力学仿真分析提供参考依据。 【关键词】：太阳能板折叠机构 虚拟样机 动力学仿真 刚-柔耦合动力学模型 有限元分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究工程背景和意义11-12
• 1.2 太阳能板折叠机构简介12-13
• 1.3 与课题相关的国内外研究动态13-15
• 1.4 论文主要研究内容及技术路线15-17
• 第2章 虚拟样机技术及多体系统动力学理论17-24
• 2.1 虚拟样机技术简介17-20
• 2.1.1 实现过程17-18
• 2.1.2 意义18-19
• 2.1.3 虚拟样机技术在工程领域的应用19-20
• 2.2 多体系统动力学基本理论20-24
• 2.2.1 多刚体系统动力学20-21
• 2.2.2 多柔体系统动力学21
• 2.2.3 多体系统动力学数值求解21-22
• 2.2.4 刚性问题与相容性问题22-24
• 第3章 太阳能板折叠机构几何建模24-30
• 3.1 三维建模软件的选择24-25
• 3.2 太阳能板折叠机构结构及性能参数介绍25-27
• 3.2.1 太阳能板折叠机构的结构说明25-26
• 3.2.2 太阳能板折叠机构的工作原理26
• 3.2.3 太阳能板折叠机构的性能参数26-27
• 3.3 基于 UG 的太阳能板折叠机构几何建模27-28
• 3.3.1 建模前准备27
• 3.3.2 机构各构件的 UG 建模27-28
• 3.4 UG 与 ADAMS 之间的模型数据传输28-29
• 3.5 本章小结29-30
• 第4章 太阳能板折叠机构虚拟样机仿真分析30-50
• 4.1 MSC.ADAMS 相关内容30-31
• 4.2 模型中的约束31-33
• 4.3 模型中的载荷33-37
• 4.3.1 弹簧33-34
• 4.3.2 接触34-35
• 4.3.3 模型中接触的处理35-36
• 4.3.4 摩擦力36-37
• 4.3.5 模型中摩擦力的处理37
• 4.4 虚拟样机的建立37-39
• 4.4.1 虚拟样机约束汇总37-38
• 4.4.2 模型验证及虚拟样机信息38-39
• 4.5 太阳能板折叠机构展开过程仿真分析39-42
• 4.5.1 仿真前准备工作39-40
• 4.5.2 撑杆机构子系统仿真40
• 4.5.3 系统整体虚拟样机仿真40-42
• 4.6 仿真结果分析42-49
• 4.7 本章小结49-50
• 第5章 构件有限元分析50-58
• 5.1 ANSYS 有限元分析相关内容50-51
• 5.2 构件几何模型51
• 5.3 材料特性参数、网格划分51-52
• 5.4 边界条件和载荷的处理52-53
• 5.5 计算结果分析53-57
• 5.6 本章小结57-58
• 第6章 系统刚-柔耦合动力学模型研究58-70
• 6.1 刚-柔耦合系统动力学简介58
• 6.2 ADAMS 中建立与使用柔性体58-61
• 6.2.1 建立柔性体的两种方法58
• 6.2.2 ADAMS 中柔性体的表达58-59
• 6.2.3 ANSYS 生成模态中性（MNF）文件59-60
• 6.2.4 ADAMS 建立刚-柔耦合模型60-61
• 6.2.5 柔性体与模型中其他构件的连接61
• 6.3 系统刚-柔耦合动力学模型的建立61-65
• 6.3.1 柔性构件的建立62-63
• 6.3.2 柔性体与模型的连接63
• 6.3.3 柔性体计算模态选择63-64
• 6.3.4 系统刚-柔耦合动力学模型64-65
• 6.4 撑杆子系统刚-柔耦合动力学模型的仿真65-66
• 6.5 仿真结果分析66-69
• 6.6 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 附录76

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