变刚度复合材料夹芯板设计及模态分析

刘禹华 高 峰 盛 聪 韩振宇

（1 哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨 150001）

（2 中国空间技术研究院总体部，北京 100094）

文 摘 为提高卫星主承力结构刚度，本文基于定曲率圆弧曲线及平移法对变刚度夹芯板蒙皮进行设计，利用ABAQUS 二次开发方法及响应面法对不同起始角/终止角组合的夹芯板进行等效建模、模态分析和模态基频优化。数值计算结果表明，变刚度设计的夹芯板由于曲线铺放提升夹芯板模态基频，蜂窝板的模态基频随起始角先增大后减小，随终止角增大而增大，基频最大提升12.33%，可以减小蜂窝基本承力结构与设备的动态耦合效应。

0 引言

复合材料由基体材料与增强材料组成，由于其高比强度、高比模量以及设计性自由等优点广泛应用于航天领域［1］。当航天器与结构板的基频接近时，二者由于动态耦合导致航天器结构失效，为使航天器主/次级结构的一阶固有频率满足设计要求，减轻航天器/运载系统、航天器设备/航天器系统之间的动态耦合效应，需提升结构件的一阶基频，故对结构进行刚度设计。另外，尽量减小结构质量，提高结构刚度，是航天器结构设计的重要任务［2］。航天器蜂窝板蒙皮主要使用直线铺层结构，限制了纤维的灵活性，而自动纤维铺放技术使得纤维角度连续变化，这种铺放角度连续变化的铺层也叫变刚度铺层（Variable-Stiffness ply）。通过丝束变角度改变层合结构刚度，从而改变夹芯板刚度。连续蒙皮蜂窝板模型如图1所示，由四层上蒙皮+蜂窝芯子+四层下蒙皮组成，本文主要对其进行变角度设计，以提高其刚度。……