基本介紹
- 中文名：太空飛行器結構力學
- 外文名：Spacecraft structural mechanics
- 領域：力學
- 研究對象：太空飛行器結構
簡介,太空飛行器結構的分析,太空飛行器結構特點,太空飛行器結構分析任務,結構力學分析方法,
簡介
太空飛行器結構力學主要研究太空飛行器結構受力和傳力的規律，以及如何進行結構的最佳化。
評定結構的優劣，從力學角度看，主要是結構的強度和剛度。工程結構設計既要保證結構有足夠的強度，又要保證它有足夠的剛度。強度不夠，結構容易破壞；剛度不夠，結構容易皺損，或出現較大的振動，或產生較大的變形。皺損能夠導致結構的變形破壞，振動能夠縮短結構的使用壽命，皺損、振動、變形都會影響結構的使用性能，例如，降低工具機的加工精度或減低控制系統的效率等。
太空飛行器結構的分析
本世紀發展起來的航天事業，對太空飛行器結構力學的分析提出了更嚴格、更細微和更全面的要求，從而促進和推動了太空飛行器結構分析的發展。
太空飛行器結構特點
太空飛行器結構具有下列特點：
- 重量輕：太空飛行器要求把有效負載送入指定軌道，結構重量輕可以減少燃料消耗量，提高有效負載比重。因此太空飛行器結構在構型和選材等方面都必須精心考慮。
- 受載大：由於太空飛行器飛行速度和加速度都很高，因而氣動載荷、發動機推力及過載都很大。在結構分析中必須考慮這一特點。
- 工作條件惡劣：太空飛行器結構在整個工作過程中，遇到氣動加熱、發動機傳熱和高溫蠕變等，由於氣動力、質量力和彈性恢復力等聯合作用下產生髮散、操縱反效和顫振等氣動彈性問題，或者受到各種衝擊力或振源的影響產生衝擊、振動等動載荷問題。
- 可靠性要求高：眾所周知，任何零部件的失效或破損都將導致後果極其嚴重的事故，所以必須對太空飛行器提出極高的可靠性要求。
太空飛行器結構分析任務
從本質上講，太空飛行器結構力學分析的基本任務是決定結構在靜力和動力作用下，受確定載荷、溫度和約束條件作用下的應力和位移分布。然而，由於太空飛行器的特點，為保證整體性和效率，已將太空飛行器結構分析的領域作了很大的擴展和延伸，歸納起來有以下幾方面：
- 強度分析。計算應力分布、最大應力和強度儲備。
- 剛度分析。計算位移分布及零部件的剛度特性。
- 結構穩定性分析和後屈曲分析。
- 結構彈塑性分析。
- 熱彈性和熱彈塑性分析。
- 材料的蠕變問題。
- 氣動彈性問題，抖振、發散和臨界顫振速度。
- 動力回響問題。
- 接觸問題和應力集中現象。
- 疲勞裂紋的形成和發展，斷裂問題和確定壽命。
- 結構設計的最佳化。
- 結構可靠性分析。
上述諸領域中，絕大多數都屬於非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性，以及接觸邊界的非線性等，用傳統的經典力學及其解法不可能得到解答，只有在高速電子計算機和相應的各類程式語言迅猛發展的今天，再配以線性和非線性有限元算法，上述各類問題都可得到完善解決。
