[发明专利]一种用于航天器的零膨胀点阵圆柱壳结构及其设计方法

权利要求书

1.一种用于航天器的零膨胀点阵圆柱壳结构，其特征在于：是一种由零膨胀平面结构卷曲形成的圆柱形，所述的零膨胀平面结构由多个零膨胀胞元在平面上进行空间平移并相互连接得到，所述的零膨胀胞元由四个相同的微结构互成90度并在顶点处连接得到，所述的微结构为由一个底边和两个斜边构成的三角形；所述的底边或者斜边的截面形状为圆形或矩形，截面等效半径L₁和L₂分别为所述三角形底边的长度和斜边的长度；所述的零膨胀平面结构在所述圆柱形的圆周方向的零膨胀胞元数量为N_C，其中N_C为≥12的整数；所述的零膨胀平面结构在所述圆柱形的高度方向的零膨胀胞元数量为其中H为所述圆柱形的高度，C为所述圆柱形的横截面周长。

2.根据权利要求1所述的一种用于航天器的零膨胀点阵圆柱壳结构，其特征在于：所述的底边和斜边分别选取两种不同的金属材料，热膨胀系数分别记为α₁和α₂，α₁≠α₂。

3.根据权利要求2所述的一种用于航天器的零膨胀点阵圆柱壳结构，其特征在于：所述的底边的长度和斜边的长度之比为

4.一种用于航天器的零膨胀点阵圆柱壳结构设计方法，其特征在于包括如下步骤：

a.选取两种不同的航天器结构金属材料，分别作为底边材料和斜边材料，其热膨胀系数分别为α₁和α₂，其中α₁≠α₂；

b.设计微结构的几何尺寸，使底边和斜边的长度之比为

c.设计零膨胀点阵圆柱壳结构的高度H和直径D，得到零膨胀点阵圆柱壳结构的周长为C＝πD；

d.设计零膨胀点阵圆柱壳结构的环向胞元数N_C；所述的N_C为≥12的整数；

e.设计零膨胀点阵圆柱壳结构的高度方向胞元数

f.设计底边长度和斜边长度分别为和

g.设计底边和斜边的截面形状为圆形或矩形，使截面等效半径

h.采用有限元方法对一体化成形设计方案进行数值计算，计算温度载荷引起的零膨胀点阵圆柱壳结构的径向和高度方向位移，以及径向和高度方向的等效热膨胀系数；

i.根据有限元计算结果，判断设计方案是否满足技术指标要求，若不满足，则对方案中底边和斜边的长度之比进行精细调整，得到满足要求的零膨胀点阵圆柱壳结构。

5.根据权利要求4所述的一种用于航天器的零膨胀点阵圆柱壳结构设计方法，其特征在于：所述的对方案中底边和斜边的长度之比进行精细调整的方法为：如果计算的径向和高度方向的等效热膨胀系数偏大，则增大底边和斜边的长度之比，如果计算的径向和高度方向的等效热膨胀系数偏小，则减小底边和斜边的长度之比。