陈有梅 余成锋

摘要：

利用MSC Patran对某板式卫星结构进行有限元建模，采用MSC Nastran对卫星进行模态分析，获取整星结构的模态参数，并与试验结果进行比对，验证有限元模型的正确性和准确度。在满足结构强度和刚度的约束条件下，对安装有效载荷单机的关键底板进行刚度和强度优化设计。优化前后结构的有限元仿真分析表明：优化设计可有效抑制载荷单机处的振动位移响应。

关键词：

微小卫星； 优化设计； 有限元分析； 模态参数； 动响应

中图分类号： V423.4

文献标志码： B

Optimization design for satellite structure plate

CHEN Youmei， YU Chengfeng

（Shanghai Engineering Center for Microsatellites， Shanghai 201120， China）

Abstract：

A finite element model of the plate satellite structure is created by MSC Patran， and its modal analysis is carried out by MSC Nastran. Modal parameters of whole satellite structure are obtained. Compared with the test results， the correctness and accuracy of the finite element model are verified. In order to meet the constraint conditions of structural strength and stiffness， the stiffness and strength optimization design of the key base plate of single machine with effective loading is carried out. It shows that the optimization design can effectively suppress the vibration displacement response of the single machine through the finite element simulation analysis of the structure before and after optimization.

Key words：

microsatellite； optimization design； finite element analysis； modal parameter； dynamic response

0 引 言

承受载荷和安装设备是卫星结构的主要功能。在航天器所承受的所有载荷中，运载发射过程中星箭界面的振动和冲击载荷无疑是对卫星结构的最大考验。据统计，过半的飞行器故障都是由振动和冲击造成的。对于板式卫星，结构板的刚度和强度直接影响卫星入轨后能否正常工作，因此，卫星结构板的优化设计对卫星的正常工作十分重要，与运载直接连接的卫星底板更是设计中的重中之重。卫星底板的优化设计一直是卫星结构设计人员关注的问题。[12]有限元理论的形成[3]和有限元软件在航天领域的大量使用已解决很多的实际问题，如卫星结构装配的力学问题[4]、卫星蜂窝板仿真问题[5]和卫星有效载荷的力学分析[67]等。目前，随着有限元软件包的不断发展和丰富，基于有限元软件的卫星零部件的优化设计已成为主要的优化设计途径。[810]

本文基于有限元分析对某型号卫星底板进行优化设计。……