含大变形构件的空间大尺度可展结构展开动力学研究

以多柔体系统动力学基本理论为基础，以绝对节点坐标方法为主要的多柔体系统建模方法，研究含大变形构件的大规模、复杂多柔体系统动力学问题的精确建模与高效求解方法，以实现含大变形构件的空间大尺度可展结构展开动力学问题的精确分析。通过数值模拟和地面实验的相互引证和补充，形成一个支持我国发展空间大尺度可展结构技术的多柔体动力学研究新理论框架，为后续空间大尺度可展结构的精确控制奠定精确建模与高效求解理论基础，为实际工程应用提供参考依据。主要研究内容包括：含大变形构件的空间大尺度可展结构的精确多柔体参数化建模、大规模系统动力学方程的高效求解、正常工作模式和故障模式下的展开动力学分析及地面实验研究。重点解决如下关键问题：大规模多柔体系统动力学方程的高效求解问题；柔索与刚性滚轮间含摩擦的接触动力学计算问题以及故障模式下系统复杂约束状态的切换问题。

通过课题研究发展了基于绝对节点坐标方法的多柔体系统动力学理论；提出了一系列新绝对节点坐标单元，如：曲梁单元、圆柱壳单元、六面体单元等，拓展了绝对节点坐标方法所能描述的大变形柔性构件类型；基于连续介质力学理论推导了绝对节点坐标单元弹性力的高效计算公式；采用OpenMP技术的多核架构与稀疏矩阵技术提出了柔性可展结构大规模系统动力学方程的高效并行算法，开发了一套可以应用于实际航天工程的空间可展结构展开动力学求解器；另外，进一步研究了圆柱副间隙对可展结构的展开动力学特性的影响规律，研究了间隙圆柱副的弹流润滑特性；搭建了一套研究环形桁架天线反射器的展开动力学地面实验系统。最后，将理论成果成功应用于一种星载环形桁架天线的展开动力学问题研究，获得了系统关键的展开动力学特性。通过研究在著名期刊上共发表SCI文章5篇，EI文章1篇，中文核心期刊文章2篇，完成了课题拟定的研究内容，实现了研究目标。