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出版者:世界图书出版公司

作者:细谷亮太

出品人:

页数:239

译者:孙民焱

出版时间:2004-9-1

价格:50.00元

装帧:BBC书籍

isbn号码:9787506264723

丛书系列:

图书标签:

• 婴幼儿健康
• 疾病预防
• 育儿知识
• 家庭护理
• 儿童医学
• 常见病
• 急救
• 喂养
• 成长发育
• 健康指南

《航天器结构设计与制造技术前沿》 内容提要 本书汇集了当前全球航天领域在航天器结构设计、先进材料应用、复杂制造工艺以及在轨维护技术等方面的最新研究成果与工程实践经验。全书共分为六大部分，系统而深入地探讨了新一代高安全性、高可靠性、多功能化航天器结构所面临的挑战与解决方案。重点关注了超轻量化结构设计理论、极端环境适应性材料的研发、增材制造技术在关键部件制造中的应用，以及智能化健康监测与主动结构控制系统集成等前沿方向。 第一部分：现代航天器结构设计理论与方法革新 本部分深入剖析了适应未来空间任务需求的结构设计理念转型。传统的设计范式正逐步被以“拓扑优化驱动”和“多目标耦合分析”为核心的新方法所取代。我们详细阐述了基于可靠性工程（Reliability Engineering）的结构设计流程，特别是针对高载荷发射阶段和长期在轨服役阶段的载荷谱预测与疲劳寿命评估模型。重点讨论了薄壳结构、桁架结构和蜂窝夹层结构的非线性分析技术，包括几何非线性、材料非线性和接触非线性对结构整体稳定性的影响。 针对深空探测任务对结构重量的极致要求，本章详细介绍了变密度拓扑优化算法（Variable Density Topology Optimization, VDTO）在实现结构轻量化与刚度保持之间的平衡策略。同时，结合先进的有限元分析软件（如NASTRAN/PATRAN, ABAQUS），演示了如何建立高精度的多物理场耦合模型，以模拟热-结构-气动载荷在复杂构型航天器上的相互作用。此外，还引入了概率设计方法（Probabilistic Design Method），用以量化和降低因制造公差和环境不确定性带来的结构失效风险。 第二部分：先进结构材料与功能复合材料 航天器结构的性能瓶颈往往受限于现有材料的性能边界。本部分聚焦于下一代高比强度、高比模量以及具备多功能的先进材料技术。我们详细介绍了碳纤维增强复合材料（CFRP）在主承力结构中的应用深化，特别是对热塑性复合材料（Thermoplastic Composites）的性能优势、快速成型工艺及修复潜力的分析。 书中对金属基复合材料（MMC）和陶瓷基复合材料（CMC）在高温和抗辐射应用中的最新进展进行了梳理。特别关注了具备自修复功能（Self-Healing）的智能复合材料体系，探讨了如何在宏观结构中集成微胶囊或血管网络，以应对微小裂纹的早期萌生。此外，还涵盖了形状记忆合金（SMA）和电活性聚合物（EAP）等智能材料在主动结构控制和机构简化方面的应用案例研究。材料的界面行为、层间韧性增强技术（如碳纳米管增强）以及长期空间环境（高真空、原子氧、辐射）下的材料老化机理，均有深入探讨。 第三部分：航天器复杂结构制造工艺的突破 制造工艺的革新是实现复杂、集成化结构的关键。本部分的核心在于阐述增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术如何重塑航天结构件的生产流程。详细介绍了激光选区熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等金属增材制造技术在制造高精度、高承载能力结构件（如火箭喷管、卫星姿态控制部件）中的工艺参数优化、缺陷控制和后处理技术。我们着重分析了AM制造件的各向异性力学性能与传统锻件的差异，并提出了相应的结构设计修正原则。 对于大型机构和整体结构，我们探讨了先进的连接技术，包括摩擦搅拌焊（FSW）、激光复合焊等对传统铆接和胶接的替代方案，特别是在保证气密性和高疲劳寿命方面的优势。此外，还介绍了超精密加工技术在制造光学载荷支撑结构和高精度对接机构中的应用，以及用于制造柔性结构和可展开机构的柔性电子与薄膜成型技术。 第四部分：在轨可展开与柔性结构技术 随着空间任务复杂度的提升（如超大型望远镜、巨型太阳帆、在轨装配），可展开结构（Deployable Structures）的设计和制造变得至关重要。本部分详细分析了基于空间几何学和机构学的可展开机构设计原理，如绳索驱动系统、记忆合金驱动器以及新型锁紧和锁定机构的设计。 重点讨论了零间隙、高精度展开的驱动与控制系统，以及在展开过程中结构件所承受的瞬时载荷分析。对于柔性结构，如薄膜天线和隔热屏，书籍探讨了其在张紧过程中的稳定性和在轨热真空环境下的几何精度保持问题，并介绍了用于精确模拟展开过程的非线性动力学仿真方法。 第五部分：结构健康监测（SHM）与主动控制 保障长期在轨运行的可靠性，需要从被动维修转向主动的健康管理。本部分聚焦于集成化结构健康监测系统（SHM）的设计与实施。我们详细介绍了嵌入式传感器技术，包括光纤布拉格光栅（FBG）、压电陶瓷传感器（PZT）阵列在监测应力、温度、振动和裂纹扩展方面的应用。 书中阐述了如何利用传感器数据进行状态评估、剩余寿命预测以及故障诊断。更进一步，本部分探讨了主动结构控制（Active Structural Control, ASC）技术，即通过传感器反馈驱动器（如压电致动器或SMA），实时抑制由姿态机动、微流星体撞击或热载荷引起的结构振动和变形，以维持有效载荷的工作精度。 第六部分：极端环境适应性与可靠性保障 航天器结构必须承受从发射时的剧烈振动、声载荷，到在轨的真空、极温循环、空间辐射等严酷环境。本部分专门分析了这些环境对结构材料和连接件的退化机制。我们深入探讨了空间环境下的原子氧腐蚀防护、高能粒子辐射对聚合物基复合材料性能的影响，以及在轨热循环导致的疲劳累积损伤。 最后，本部分结合工程实践，总结了高可靠性设计（Fault Tolerant Design）的原则，包括冗余设计、失效模式与影响分析（FMECA），以及如何通过地面环境试验（如真空热循环试验、随机振动试验）来验证和筛选最终的结构设计方案，确保航天器在预定寿命内达到设计指标。 --- 本书特色： 本书理论深度与工程实践紧密结合，内容覆盖了从材料选择、结构优化、先进制造到在轨健康管理的完整链条。对于从事卫星、空间站、深空探测器等航天器结构设计、材料研发、结构动力学分析及相关工艺研究的工程师、研究人员和高校师生而言，是不可多得的参考与学习资料。书中大量引用了近五年国际顶级学术会议及期刊的前沿研究成果，确保了知识的时效性和前瞻性。

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