氣固耦合作用下空間摺疊薄膜管的充氣展開動力學研究

《氣固耦合作用下空間摺疊薄膜管的充氣展開動力學研究》是依託哈爾濱工業大學，由衛劍征擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氣固耦合作用下空間摺疊薄膜管的充氣展開動力學研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：衛劍征

項目摘要

充氣展開結構在實現空間結構的大型化和輕量化中起到重要的作用，而摺疊薄膜管的氣固耦合作用對充氣展開動力學有著本質的影響。為了空間摺疊薄膜管能更好地套用，就迫切需要建立完整的理論體系與實驗方法來描述氣固耦合作用下展開動力學過程。本項目主要採用任意拉格朗日歐拉描述方法，建立空間摺疊薄膜管充氣展開過程中的氣固耦合系統動力學模型。採用運算元分裂算法，解決空間摺疊薄膜管充氣展開過程中大位移、小應變耦合界面的非線性氣固耦合問題；並構建等效微重力實驗系統，研究充氣速率、展開端的慣性質量、幾何尺寸以及初始摺疊角度等不同因素對摺疊薄膜管展開動力學的影響規律。研究成果將揭示空間充氣展開結構在充氣展開過程中的氣固耦合機理，實現對充氣展開結構在空間充氣展開過程的精確控制。

結題摘要

充氣展開結構在實現空間結構的大型化和輕量化中起到重要作用，而摺疊薄膜管的氣固耦合作用對認識充氣展開結構的動力學特性有重要意義。本項目針對研究目標，解決了大位移、小應變耦合界面的非線性氣固耦合關鍵科學問題，並按照進度完成了項目申請書中規定的全部研究內容。具體為本項目主要採用採用任意拉格朗日歐拉描述方法，建立空間摺疊薄膜管充氣展開過程中的氣固耦合系統動力學模型，採用運算元分裂算法，解決空間摺疊薄膜管充氣展開過程中大位移、小應變耦合界面的非線性氣固耦合問題；構建等效微重力實驗系統，研究充氣速率、展開端的慣性質量、幾何尺寸以及初始摺疊角度等不同因素對摺疊薄膜管的展開動力學的影響規律。主要完成三個研究計畫要點，即空間摺疊薄膜管在不同條件下的展開動力學特性研究，空間摺疊薄膜管充氣展開過程中氣固耦合機理研究，大位移、小應變耦合界面的非線性氣固耦合模型研究。通過本項目的研究取得成果主要有，設計了空間摺疊薄膜管微重力環境下的充氣展開實驗方案，並建立一套完整的實驗系統，完成摺疊薄膜管在空間微重力環境下的實時、全場的充氣展開動力學行為研究；建立了摺疊薄膜管的充氣展開過程中氣固耦合的數值分析模型，給出摺疊薄膜管內流場變化特點，並編寫了相應的數值分析程式；建立摺疊薄膜管的最大展開速度與充氣流量、薄膜管的幾何尺寸、以及展開端的慣性質量之間的影響關係與充氣展開運動規律。發表薄膜動力學與流固耦合力學相關論文12篇，其中EI或SCI檢索論文5篇，申請國家發明專利6項，培養碩士研究生1名。