《航天器尺寸稳定结构技术》系统全面的阐述了航天器尺寸稳定结构设计与验证相关的影响因素，与结构尺寸稳定性有关的材料特性及其选择，尺寸稳定结构的设计、仿真和试验验证方法等方面的内容。其中，基于贡献度和DOE的关键部件识别是从众多的结构件中识别重点设计对象的关键技术；尺寸稳定性的频域分析是将分析从时域扩展至频域，有利于获取尺寸稳定结构的频域指标或从频域研究其变化规律；对航天器中多种常用的尺寸稳定结构的不确定性分析则将分析技术扩展至不确定性存在时的尺寸稳定性的变化规律。这些内容是作者团队多年工程研制经验的积累，汇集了作者在航天器结构尺寸稳定性方面的最新研究成果。
系统全面阐述航天器尺寸稳定结构设计与验证相关的影响因素
汇集航天器结构尺寸稳定性最新研究成果
一线科研团队多年工程研制经验积累
☆航天器尺寸稳定结构设计与验证相关的影响因素
☆与结构尺寸稳定性有关的材料特性及其选择
☆尺寸稳定结构设计、仿真和试验验证方法
前言
尺寸稳定性是指材料、部件或结构装配体在各种环境条件下保持其形状、尺寸的一般属性，是描述高精度航天器结构在各种条件下尺寸保持能力的最好方式，影响尺寸稳定性的条件包括机械负载、温度、湿度、真空、辐照和化学环境等。
高分系列遥感卫星和暗物质探测卫星、引力波探测卫星等科学试验卫星的研制、发射表明，高精度、高性能航天器的研制和开发是我国由航天大国成为航天强国的必然。尺寸稳定性是高性能航天器的最重要特性之一，航天器结构尺寸稳定性设计和验证方法的研究，对我国高性能航天器在轨性能的提升至关重要。与航天器尺寸稳定性相关的尺寸变化通常在微米量级，而与此相应的由变形引起的基准矢量的变化一般为角秒级。航天器中的尺寸稳定性结构是结构功能发展到一定阶段的产物，也是现代高性能航天器对结构设计提出的新需求。
本书系统全面地描述了航天器结构尺寸稳定性设计与验证相关的影响因素，尺寸稳定性有关的材料特性和选择，以及高稳定性结构的设计、仿真和试验验证方法等方面的内容，集成了作者在航天器尺寸稳定性方面的最新研究成果。
全书共分为15章。第1章主要介绍尺寸稳定性的概念、内涵及其特点，以及尺寸稳定性问题对各类航天器性能的影响。第2章介绍尺寸稳定性的各种影响因素。第3章介绍了金属、金属基复合材料、树脂基复合材料等各种尺寸稳定性结构材料，及其在尺寸稳定性方面的优缺点和应用实例。第4章介绍了尺寸稳定性结构设计的指标体系、概念和流程等方面的内容。第5章介绍层合板、框架结构、蜂窝板等尺寸稳定结构的构件设计。第6章介绍尺寸稳定结构分析流程、指标定义、载荷分析和工况制定等方面的内容。第7章介绍热变形分析、湿变形分析和重力释放等尺寸稳定结构分析方法。第8章介绍尺寸稳定结构频域分析方法。第9章介绍尺寸稳定结构不确定性分析方法。第10章针对目前航天器结构中广泛应用的复合材料层合板结构的不确定性传递特性进行介绍。第11章介绍了蜂窝夹层结构的不确定性传递特性。第12章介绍了基于贡献度的关键部件识别。第13章介绍了基于DOE分析的关键部件识别。第14章介绍了尺寸稳定结构优化方法，叙述了尺寸稳定结构优化分析流程、典型工况、灵敏度分析以及优化算法。第15章介绍了尺寸稳定结构试验验证。
下列人员在本书的创作过程中做出了重要贡献：张新伟，徐庆鹤撰写第1章；张新伟，白刚，钱志英，赵震波，徐庆鹤撰写第2章；白刚，王晓宇，张也驰撰写第3章；白刚，张玲，钱志英撰写第4章；白刚，张玲，王晓宇撰写第5章；钱志英，赵震波，刘国青撰写第6章；钱志英，赵震波，刘国青，高行素，石文静撰写第7章；赵震波，刘国青，钱志英撰写第8章；刘国青，赵震波，钱志英撰写第9章；刘国青，赵震波，钱志英撰写第10章；刘国青，赵震波，高行素撰写第11章；刘国青，赵震波，高行素撰写第12章；刘国青，赵震波撰写第13章；钱志英，赵震波，刘国青撰写第14章；蔡铮，钱志英，刘国青，赵震波撰写第15章。
由于作者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。
罗文波，北京空间飞行器总体设计部教授，博士生导师，结构与机构专业副总师。多年从事卫星结构设计、仿真分析和试验验证方面的工作，担任资源三号、高分七号等多颗卫星的结构与机构分系统主任设计师。在两项973项目中曾作为课题负责人主持相关工作。主持研发的尺寸稳定结构技术相关成果已在多颗卫星获得应用，并取得良好效果。
目录
第1章绪论1
1.1尺寸稳定性的概念与内涵1
1.2尺寸稳定性问题的类型1
1.3航天器尺寸稳定性问题特点2
1.4尺寸稳定性与航天器性能的关系4
1.5航天器尺寸稳定结构研制流程6
1.6本书章节安排7
参考文献9第2章影响因素11
2.1概述11
2.2相关特性11
2.2.1密度11
2.2.2刚度与比刚度11
2.2.3热膨胀12
2.2.4导热性13
2.2.5吸湿性13
2.2.6微屈服15
2.2.7微蠕变15
2.2.8变形系数15
2.2.9纤维体积含量16
2.2.10边界效应16
2.2.11残余应力16
2.2.12微裂纹16
2.2.13几何尺寸17
2.2.14理论极限17
2.3环境效应17
2.3.1概述17
2.3.2温度18
2.3.3湿气效应20
2.3.4辐照效应22
2.3.5老化23
2.3.6力学载荷24
2.3.7真空25
2.3.8微振动25
2.3.9多因素效应25
参考文献27第3章尺寸稳定结构材料31
3.1概述31
3.2金属与合金材料31
3.2.1铝合金31
3.2.2钛合金31
3.2.3殷钢31
3.2.4铍32
3.2.5镁合金32
3.2.6镁锂合金33
3.3树脂基复合材料33
3.3.1基体33
3.3.2纤维材料33
3.3.3单向复合材料34
3.4金属基复合材料35
3.5陶瓷基复合材料36
3.6玻璃38
3.7智能材料38
3.8负膨胀材料38
参考文献39第4章设计流程41
4.1概述41
4.2技术要求42
4.3任务分析与指标分解43
4.4影响因素识别46
4.5尺寸稳定结构构型46
4.6关键部件识别47
4.7材料选择47
4.8部件和连接设计48
4.9仿真分析48
4.10试验验证48
参考文献49第5章尺寸稳定结构设计50
5.1概述50
5.2部件构型50
5.2.1板式结构51
5.2.2框架结构51
5.2.3杆系结构52
5.3复合材料层合结构设计52
5.3.1层合结构组成52
5.3.2层合结构的特性54
5.3.3层合板连接设计59
5.3.4关于层合板的设计要点汇总60
5.4夹层板结构60
5.4.1概述60
5.4.2蜂窝夹层结构设计要求61
5.4.3面板设计61
5.4.4蜂窝芯子设计62
5.4.5连接设计62
5.4.6胶粘剂64
5.4.7蜂窝夹层结构分析64
5.5框架结构65
5.5.1框架结构类型65
5.5.2框架结构设计要求66
5.5.3框架结构设计67
5.5.4连接设计69
5.6杆系结构71
5.6.1概述71
5.6.2杆件设计71
5.6.3接头设计73
5.7外部连接构型设计73
参考文献75第6章分析一般过程76
6.1概述76
6.2尺寸稳定结构分析的目的76
6.3尺寸稳定结构分析内容76
6.4模型建立77
6.5载荷分析79
6.5.1载荷类型确定79
6.5.2载荷工况制定80
6.6指标计算81
参考文献86第7章时域分析方法87
7.1概述87
7.2热弹性分析87
7.2.1概述87
7.2.2模型建立87
7.2.3边界条件89
7.2.4模型检验89
7.2.5温度场映射90
7.2.6热弹性计算应用实例95
7.3湿弹性分析97
7.4重力释放分析98
参考文献99第8章频域分析方法100
8.1概述100
8.2尺寸稳定性频域分析一般流程100
8.3傅里叶变换101
8.4窗函数102
8.5频谱校正103
8.5.1线性调频变换校正方法103
8.5.2Quinn校正方法104
8.5.3插值傅里叶变换校正方法104
8.5.4校正方法小结105
8.6拟合误差105
8.7频域分析实践中的问题107
8.7.1初值的影响107
8.7.2瞬态影响107
8.7.3数据长度对计算精度的影响109
参考文献112第9章不确定性分析方法113
9.1概述113
9.2不确定性来源与分类113
9.3不确定性分析过程114
9.4不确定性建模方法115
9.4.1概率方法115
9.4.2非概率方法117
9.5不确定性传播118
9.5.1随机不确定性传递分析118
9.5.2认知不确定性分析方法119
9.6灵敏度分析121
9.6.1概述121
9.6.2局部灵敏度分析121
9.6.3全局灵敏度分析121
9.6.4灵敏度的度量122
9.7近似模型123
9.7.1概述123
9.7.2拟合124
9.7.3验证124
9.7.4多项式回归模型125
9.7.5多元自适应回归样条模型126
9.7.6克里格模型126
9.7.7径向基函数网络127
参考文献128第10章层合结构不确定性传递129
10.1概述129
10.2单向复合材料不确定性传递129
10.2.1概述129
10.2.2分析材料选择129
10.2.3基于蒙特卡洛方法的不确定性传递130
10.2.4基于区间理论的不确定性传递131
10.2.5灵敏度分析133
10.2.6纤维体积含量的不确定性传递136
10.2.7小结139
10.3层合复合材料不确定性传递140
10.3.1概述140
10.3.2层合板参数选择140
10.3.3不确定性传递特性分析141
10.3.4铺层数与不确定性传递141
参考文献145第11章蜂窝夹层结构不确定性传递147
11.1概述147
11.2蜂窝夹层结构模型147
11.3不确定性因素148
11.4简化模型148
11.5传递特性分析150
11.6灵敏度分析150
第12章基于贡献度的关键部件识别155
12.1概述155
12.2贡献与贡献度定义155
12.3识别关键部件156
12.3.1单位载荷贡献度156
12.3.2在轨载荷贡献度157
12.4依据贡献度改善指标159
12.5热设计与机械设计的贡献度161
12.6贡献度特性小结162
第13章基于DOE分析的关键部件识别163
13.1概述163
13.2试验设计定义163
13.3DOE术语163
13.4DOE分析过程164
13.5试验方法164
13.6回归分析165
13.7方差分析166
13.8DOE分析示例167
13.8.1在轨载荷下DOE分析167
13.8.2单位载荷DOE分析170
13.9关键区域识别小结171
参考文献172第14章优化方法173
14.1概述173
14.2优化分析流程173
14.3优化目标174
14.4典型工况175
14.5关键部件识别与参数灵敏度分析177
14.6优化算法177
14.6.1概述177
14.6.2梯度局部优化法177
14.6.3无导数局部优化法178
14.6.4无导数全局优化法179
14.6.5算法对比及选择180
14.7不确定性分析181
第15章试验验证182
15.1概述182
15.2尺寸稳定性验证流程182
15.3热膨胀系数测量183
15.3.1物理量定义185
15.3.2测量方法185
15.3.3试验件设计186
15.3.4测试步骤187
15.4热变形测量187
15.4.1概述187
15.4.2试验目的188
15.4.3试验方法分类188
15.4.4温度场模拟方法188
15.4.5变形测量方法190
参考文献194
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