太陽能帆板的熱疲勞研究.pdf

1、對(duì)于諸如哈勃望遠(yuǎn)鏡的太陽能帆板主梁這種薄壁管在外層空間受到太陽等星體的輻射加熱，其熱變形是值得關(guān)注的。本文以Thornton理論作為熱分析理論基礎(chǔ)，利用ABAQUS有限元軟件，對(duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡太陽能帆板的主梁在太陽光照下升溫以及處于地球陰影時(shí)向外層空間散熱降溫的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，得到了相應(yīng)的熱變形和熱應(yīng)力。本文的結(jié)果與Thornton理論解、清華大學(xué)丁勇等的數(shù)值解符合較好，本文采用的方法可以比較準(zhǔn)確地模擬空間薄壁構(gòu)件的溫度場(chǎng)和熱變形

2、，為后續(xù)的熱誘發(fā)振動(dòng)、熱疲勞等研究奠定了基礎(chǔ)。在熱應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，采用MSC．Fatigue軟件計(jì)算了哈勃望遠(yuǎn)鏡太陽能帆板主梁的疲勞壽命，結(jié)果與NASA所做的相關(guān)材料實(shí)驗(yàn)符合較好。 通過上述研究，本文得到如下主要結(jié)果： (1)升溫過程中，太陽能帆板主梁的平均溫度在日照開始約15分鐘以后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的平均溫度約在403°K(即130℃)左右。降溫過程中，太陽能帆板主梁管截面上下表面的溫度大約在150秒以后趨于一致

3、，管截面平均溫度大概在1000秒以后和外界環(huán)境溫度趨于相同。 (2)當(dāng)太陽能帆板主梁受日照時(shí)，其截面溫度分布呈余弦分布，隨日照時(shí)間的增加，主梁整體溫度呈上升趨勢(shì)。當(dāng)主梁上表面吸收的熱量、上表面向下表面?zhèn)鲗?dǎo)的熱量、整根主梁向外散失的熱量這三者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，即15分鐘后，整根主梁的溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 (3)哈勃望遠(yuǎn)鏡太陽能帆板主梁在受日照作用升溫和處于地球陰影降溫這種熱循環(huán)作用下，內(nèi)部形成周期性的熱循環(huán)應(yīng)力，本文合理地預(yù)測(cè)了