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圆形薄膜太阳翼是在航天器大收纳比的新需求下发展起来的一种新型柔性太阳翼,在国外航天器上已实际应用。圆形薄膜太阳翼展开过程中存在着柔性大、非线性强、耦合程度高的问题,使其展开过程复杂;展开锁定后,由于其低阶模态固有频率较低,容易被空间环境中的振动、冲击、噪声等因素激起大范围运动从而影响薄膜结构的形面精度甚至会使薄膜结构发生破坏。本文以圆形薄膜太阳翼为研究对象,采用有限元数值仿真分析的方法,利用有限元软件SAMCEF对其展开过程进行动力学分析并对其展开锁定状态进行静力学与模态分析。首先,在充分考虑展开过程中刚柔耦合因素以及薄膜自接触碰撞问题的情况下,利用SAMCEF对薄膜太阳翼进行展开动力学分析,通过对展开过程的模拟,分析了太阳翼的构型变化、应力分布情况以及能量变化;并研究了重力场和转角速度对展开过程稳定性的影响,发现重力场作用和较小的转角速度有利于太阳翼的平稳展开。其次,在动力学分析的基础上,针对展开过程的稳定性问题以及展开锁定后的残余振动情况,对太阳翼进行了结构优化与展开轨迹优化。结构优化发现,在其他构型不变的情况下,梁材料为碳纤维,斜梁位置为1100mm,梁截面高度为20mm时,展开稳定性最好;翼片数量为12、18片时,展开过程获得动能较小,展开锁定后对残余振动的抑制效果很好;轨迹优化发现,高阶控制函数、摆线控制函数以及余弦控制函数均有利于太阳翼的平稳展开,且余弦控制函数具有最优的残余振动抑制效果。研究结果对圆形薄膜太阳翼的构型设计和工程实际应用具有一定的指导意义。最后,利用SAMCEF对展开锁定状态下薄膜太阳翼进行了静力学和模态分析。SAMCEF结果与NASA样机试验结果对比发现,模态频率误差在6.77%以内,符合美国TRL6技术标准,因此验证了SAMCEF含重力卸载弹簧有限元数值模型的准确性和有效性。通过研究重力、卸载弹簧以及梁结构参数对模态的影响发现,重力和卸载弹簧提高了低阶模态频率;弹簧刚度越大,太阳翼固有频率越高;当梁材料为碳纤维,截面高度为30mm,斜梁位置为1.2m时,太阳翼固有频率最高。此研究对薄膜太阳翼的地面模态试验及结构设计具有一定的指导意义。