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《航天器尺寸穩(wěn)定結構技術》系統(tǒng)全面的闡述了航天器尺寸穩(wěn)定結構設計與驗證相關的影響因素，與結構尺寸穩(wěn)定性有關的材料特性及其選擇，尺寸穩(wěn)定結構的設計、仿真和試驗驗證方法等方面的內容。其中，基于貢獻度和DOE的關鍵部件識別是從眾多的結構件中識別重點設計對象的關鍵技術；尺寸穩(wěn)定性的頻域分析是將分析從時域擴展至頻域，有利于獲取尺寸穩(wěn)定結構的頻域指標或從頻域研究其變化規(guī)律；對航天器中多種常用的尺寸穩(wěn)定結構的不確定性分析則將分析技術擴展至不確定性存在時的尺寸穩(wěn)定性的變化規(guī)律。這些內容是作者團隊多年工程研制經驗的積累，匯集了作者在航天器結構尺寸穩(wěn)定性方面的最新研究成果。

前言

尺寸穩(wěn)定性是指材料、部件或結構裝配體在各種環(huán)境條件下保持其形狀、尺寸的一般屬性，是描述高精度航天器結構在各種條件下尺寸保持能力的最好方式，影響尺寸穩(wěn)定性的條件包括機械負載、溫度、濕度、真空、輻照和化學環(huán)境等。
高分系列遙感衛(wèi)星和暗物質探測衛(wèi)星、引力波探測衛(wèi)星等科學試驗衛(wèi)星的研制、發(fā)射表明，高精度、高性能航天器的研制和開發(fā)是我國由航天大國成為航天強國的必然。尺寸穩(wěn)定性是高性能航天器的最重要特性之一，航天器結構尺寸穩(wěn)定性設計和驗證方法的研究，對我國高性能航天器在軌性能的提升至關重要。與航天器尺寸穩(wěn)定性相關的尺寸變化通常在微米量級，而與此相應的由變形引起的基準矢量的變化一般為角秒級。航天器中的尺寸穩(wěn)定性結構是結構功能發(fā)展到一定階段的產物，也是現(xiàn)代高性能航天器對結構設計提出的新需求。
本書系統(tǒng)全面地描述了航天器結構尺寸穩(wěn)定性設計與驗證相關的影響因素，尺寸穩(wěn)定性有關的材料特性和選擇，以及高穩(wěn)定性結構的設計、仿真和試驗驗證方法等方面的內容，集成了作者在航天器尺寸穩(wěn)定性方面的最新研究成果。
全書共分為15章。第1章主要介紹尺寸穩(wěn)定性的概念、內涵及其特點，以及尺寸穩(wěn)定性問題對各類航天器性能的影響。第2章介紹尺寸穩(wěn)定性的各種影響因素。第3章介紹了金屬、金屬基復合材料、樹脂基復合材料等各種尺寸穩(wěn)定性結構材料，及其在尺寸穩(wěn)定性方面的優(yōu)缺點和應用實例。第4章介紹了尺寸穩(wěn)定性結構設計的指標體系、概念和流程等方面的內容。第5章介紹層合板、框架結構、蜂窩板等尺寸穩(wěn)定結構的構件設計。第6章介紹尺寸穩(wěn)定結構分析流程、指標定義、載荷分析和工況制定等方面的內容。第7章介紹熱變形分析、濕變形分析和重力釋放等尺寸穩(wěn)定結構分析方法。第8章介紹尺寸穩(wěn)定結構頻域分析方法。第9章介紹尺寸穩(wěn)定結構不確定性分析方法。第10章針對目前航天器結構中廣泛應用的復合材料層合板結構的不確定性傳遞特性進行介紹。第11章介紹了蜂窩夾層結構的不確定性傳遞特性。第12章介紹了基于貢獻度的關鍵部件識別。第13章介紹了基于DOE分析的關鍵部件識別。第14章介紹了尺寸穩(wěn)定結構優(yōu)化方法，敘述了尺寸穩(wěn)定結構優(yōu)化分析流程、典型工況、靈敏度分析以及優(yōu)化算法。第15章介紹了尺寸穩(wěn)定結構試驗驗證。
下列人員在本書的創(chuàng)作過程中做出了重要貢獻：張新偉，徐慶鶴撰寫第1章；張新偉，白剛，錢志英，趙震波，徐慶鶴撰寫第2章；白剛，王曉宇，張也馳撰寫第3章；白剛，張玲，錢志英撰寫第4章；白剛，張玲，王曉宇撰寫第5章；錢志英，趙震波，劉國青撰寫第6章；錢志英，趙震波，劉國青，高行素，石文靜撰寫第7章；趙震波，劉國青，錢志英撰寫第8章；劉國青，趙震波，錢志英撰寫第9章；劉國青，趙震波，錢志英撰寫第10章；劉國青，趙震波，高行素撰寫第11章；劉國青，趙震波，高行素撰寫第12章；劉國青，趙震波撰寫第13章；錢志英，趙震波，劉國青撰寫第14章；蔡錚，錢志英，劉國青，趙震波撰寫第15章。
由于作者水平有限，書中難免有不妥之處，敬請讀者批評指正。

第1章緒論1
1.1尺寸穩(wěn)定性的概念與內涵1
1.2尺寸穩(wěn)定性問題的類型1
1.3航天器尺寸穩(wěn)定性問題特點2
1.4尺寸穩(wěn)定性與航天器性能的關系4
1.5航天器尺寸穩(wěn)定結構研制流程6
1.6本書章節(jié)安排7
參考文獻9第2章影響因素11
2.1概述11
2.2相關特性11
2.2.1密度11
2.2.2剛度與比剛度11
2.2.3熱膨脹12
2.2.4導熱性13
2.2.5吸濕性13
2.2.6微屈服15
2.2.7微蠕變15
2.2.8變形系數(shù)15
2.2.9纖維體積含量16
2.2.10邊界效應16
2.2.11殘余應力16
2.2.12微裂紋16
2.2.13幾何尺寸17
2.2.14理論極限17
2.3環(huán)境效應17
2.3.1概述17
2.3.2溫度18
2.3.3濕氣效應20
2.3.4輻照效應22
2.3.5老化23
2.3.6力學載荷24
2.3.7真空25
2.3.8微振動25
2.3.9多因素效應25
參考文獻27第3章尺寸穩(wěn)定結構材料31
3.1概述31
3.2金屬與合金材料31
3.2.1鋁合金31
3.2.2鈦合金31
3.2.3殷鋼31
3.2.4鈹32
3.2.5鎂合金32
3.2.6鎂鋰合金33
3.3樹脂基復合材料33
3.3.1基體33
3.3.2纖維材料33
3.3.3單向復合材料34
3.4金屬基復合材料35
3.5陶瓷基復合材料36
3.6玻璃38
3.7智能材料38
3.8負膨脹材料38
參考文獻39第4章設計流程41
4.1概述41
4.2技術要求42
4.3任務分析與指標分解43
4.4影響因素識別46
4.5尺寸穩(wěn)定結構構型46
4.6關鍵部件識別47
4.7材料選擇47
4.8部件和連接設計48
4.9仿真分析48
4.10試驗驗證48
參考文獻49第5章尺寸穩(wěn)定結構設計50
5.1概述50
5.2部件構型50
5.2.1板式結構51
5.2.2框架結構51
5.2.3桿系結構52
5.3復合材料層合結構設計52
5.3.1層合結構組成52
5.3.2層合結構的特性54
5.3.3層合板連接設計59
5.3.4關于層合板的設計要點匯總60
5.4夾層板結構60
5.4.1概述60
5.4.2蜂窩夾層結構設計要求61
5.4.3面板設計61
5.4.4蜂窩芯子設計62
5.4.5連接設計62
5.4.6膠粘劑64
5.4.7蜂窩夾層結構分析64
5.5框架結構65
5.5.1框架結構類型65
5.5.2框架結構設計要求66
5.5.3框架結構設計67
5.5.4連接設計69
5.6桿系結構71
5.6.1概述71
5.6.2桿件設計71
5.6.3接頭設計73
5.7外部連接構型設計73
參考文獻75第6章分析一般過程76
6.1概述76
6.2尺寸穩(wěn)定結構分析的目的76
6.3尺寸穩(wěn)定結構分析內容76
6.4模型建立77
6.5載荷分析79
6.5.1載荷類型確定79
6.5.2載荷工況制定80
6.6指標計算81
參考文獻86第7章時域分析方法87
7.1概述87
7.2熱彈性分析87
7.2.1概述87
7.2.2模型建立87
7.2.3邊界條件89
7.2.4模型檢驗89
7.2.5溫度場映射90
7.2.6熱彈性計算應用實例95
7.3濕彈性分析97
7.4重力釋放分析98
參考文獻99第8章頻域分析方法100
8.1概述100
8.2尺寸穩(wěn)定性頻域分析一般流程100
8.3傅里葉變換101
8.4窗函數(shù)102
8.5頻譜校正103
8.5.1線性調頻變換校正方法103
8.5.2Quinn校正方法104
8.5.3插值傅里葉變換校正方法104
8.5.4校正方法小結105
8.6擬合誤差105
8.7頻域分析實踐中的問題107
8.7.1初值的影響107
8.7.2瞬態(tài)影響107
8.7.3數(shù)據長度對計算精度的影響109
參考文獻112第9章不確定性分析方法113
9.1概述113
9.2不確定性來源與分類113
9.3不確定性分析過程114
9.4不確定性建模方法115
9.4.1概率方法115
9.4.2非概率方法117
9.5不確定性傳播118
9.5.1隨機不確定性傳遞分析118
9.5.2認知不確定性分析方法119
9.6靈敏度分析121
9.6.1概述121
9.6.2局部靈敏度分析121
9.6.3全局靈敏度分析121
9.6.4靈敏度的度量122
9.7近似模型123
9.7.1概述123
9.7.2擬合124
9.7.3驗證124
9.7.4多項式回歸模型125
9.7.5多元自適應回歸樣條模型126
9.7.6克里格模型126
9.7.7徑向基函數(shù)網絡127
參考文獻128第10章層合結構不確定性傳遞129
10.1概述129
10.2單向復合材料不確定性傳遞129
10.2.1概述129
10.2.2分析材料選擇129
10.2.3基于蒙特卡洛方法的不確定性傳遞130
10.2.4基于區(qū)間理論的不確定性傳遞131
10.2.5靈敏度分析133
10.2.6纖維體積含量的不確定性傳遞136
10.2.7小結139
10.3層合復合材料不確定性傳遞140
10.3.1概述140
10.3.2層合板參數(shù)選擇140
10.3.3不確定性傳遞特性分析141
10.3.4鋪層數(shù)與不確定性傳遞141
參考文獻145第11章蜂窩夾層結構不確定性傳遞147
11.1概述147
11.2蜂窩夾層結構模型147
11.3不確定性因素148
11.4簡化模型148
11.5傳遞特性分析150
11.6靈敏度分析150
第12章基于貢獻度的關鍵部件識別155
12.1概述155
12.2貢獻與貢獻度定義155
12.3識別關鍵部件156
12.3.1單位載荷貢獻度156
12.3.2在軌載荷貢獻度157
12.4依據貢獻度改善指標159
12.5熱設計與機械設計的貢獻度161
12.6貢獻度特性小結162
第13章基于DOE分析的關鍵部件識別163
13.1概述163
13.2試驗設計定義163
13.3DOE術語163
13.4DOE分析過程164
13.5試驗方法164
13.6回歸分析165
13.7方差分析166
13.8DOE分析示例167
13.8.1在軌載荷下DOE分析167
13.8.2單位載荷DOE分析170
13.9關鍵區(qū)域識別小結171
參考文獻172第14章優(yōu)化方法173
14.1概述173
14.2優(yōu)化分析流程173
14.3優(yōu)化目標174
14.4典型工況175
14.5關鍵部件識別與參數(shù)靈敏度分析177
14.6優(yōu)化算法177
14.6.1概述177
14.6.2梯度局部優(yōu)化法177
14.6.3無導數(shù)局部優(yōu)化法178
14.6.4無導數(shù)全局優(yōu)化法179
14.6.5算法對比及選擇180
14.7不確定性分析181
第15章試驗驗證182
15.1概述182
15.2尺寸穩(wěn)定性驗證流程182
15.3熱膨脹系數(shù)測量183
15.3.1物理量定義185
15.3.2測量方法185
15.3.3試驗件設計186
15.3.4測試步驟187
15.4熱變形測量187
15.4.1概述187
15.4.2試驗目的188
15.4.3試驗方法分類188
15.4.4溫度場模擬方法188
15.4.5變形測量方法190
參考文獻194

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