(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210702432.1 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 (72)发明人 张子帆　柯俊　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 专利代理师 徐欢 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元 仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种模拟补偿检验质量引力 平衡的有限元仿真方法， 包括： 在仿真软件中构 造二维航天器基本框架； 在仿真软件中构造二维 太阳能板； 根据二维太阳能板， 增设额外二维结 构； 根据二维航天器基本框架、 二维太阳能板、 额 外二维结构， 构建航天器三维结构； 根据航天器 三维结构， 增设额外三维结构和检验质量块； 计 算检验质量块受到的引力； 根据检验质量块受到 的引力， 增加补偿质量块进行平衡， 使航天器满 足LISA噪声预算。 本发明有益效果是： 对今后在 空间引力波探测器的制造结构上提供了一个设 计方案， 并且可为后续理论研究提供支撑 。 权利要求书2页 说明书9页 附图10页 CN 115146498 A 2022.10.04 CN 115146498 A 1.一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1、 在仿真软件中构造二维航天器 基本框架； S2、 在仿真软件中构造二维太阳能板； S3、 根据二维太阳能板， 增设额外二维结构； S4、 根据二维航天器 基本框架、 二维太阳能板、 额外二维结构， 构建航天器三维结构； S5、 根据航天器三维结构， 增设额外三维结构和检验质量； S6、 计算检验质量 块受到的引力； S7、 根据检验质量块受到的引力， 增加补偿质量块进行平衡， 使航天器满足LISA噪声预 算。 2.如权利要求1所述的一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特征在 于： 步骤S1中， 二维航天器基本框架为八边形， 八个边长分别为a1‑a8,其中a1＝a5、 a2＝a4＝ a6＝a8、 a3＝a7； 八条边形成的八个点， 作为起点向八边形内部沿直线延申分别一定距离， 得 到八个终点； 八个终点构成一个内圆环； 二维航天器由八边形框架、 直线和内圆环构成。 3.如权利要求1所述的一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特征在 于： 步骤S2中， 所述太阳能板由圆弧和线段组成一个封闭区间。 4.如权利要求1所述的一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特征在 于： 步骤S3中的二维结构由四个长方形b1‑b4构成； 其中b1、 b3尺寸相同， b2、 b4尺寸相同， 且b1 与b2呈90°排列， 形成一个倒T型结构； b3、 b4呈90°排列， 形成一个T型结构； 倒T型结构与T型 结构之间 间隔一定的预设距离 。 5.如权利要求1所述的一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特征在 于： 步骤S4中形成三维结构的具体过程 为： S41、 将航天器 基本框架旋转角度α1， 拉伸L1mm， 得到一次变换框架； S42、 将一次变换框架旋转角度α1， 拉伸L2mm， 得到二次变换框架； S43、 在二次变换框架基础上， 将二维太阳能板拉伸L3mm， 并向Z轴正方向移动L4mm， 得到 三次变换 结构； S44、 在三次变换结构基础上， 将额外二维结构拉伸L5mm， 并向Z轴正方向移动L6mm， 得到 三维结构； 其中α1、 L1到L6均为预设值。 6.如权利要求1所述的一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特征在 于： 步骤S 5具体为： 在航天器的三维结构的八个面上， 每个面增设4个长方体质量块， 并将所 有质量块和航天器的三维结构共同绕Z轴旋转角度α2； 其中α2为预设值； 两个检验质量为大小材质均相同的正方体， 被安置于由二维航天器基本框架的内环形 成的三维圆柱体中。 7.如权利要求6所述的一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特征在 于： 步骤S6中检验质量受到的引力， 具体指一个检验质量会受到另一个检验质量和航天器 产生的引力， 在X 方向的引力具体如下式： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115146498 A 2其中， Fx表示第二个检验质量在 X轴受到的引力， G为万有引力常数， mTM为第二个检验质 量的质量， ρ 为第一个检验质量或航天器的密度； 在其它 方向引力计算， 将求导时的微元进 行对应替换得到； 式中， 积分为体积积分， 表示对航天器体积求积分， x， y， z为航天器X， Y， Z 轴位置， x ’， y’， z’为检验质量X， Y， Z轴位置 。 8.如权利要求7所述的一种模拟补偿检验质量引力平衡的有限元仿真方法， 其特征在 于： 步骤S7中， 增 加补偿质量 块的形式包括3种， 分别为： 第一形式： 采用两个补偿质量， 且两个补偿质量大小、 材质相同， 两个补偿质量之间的 连线与Y轴平行， 质心与与检验质量的连线与X轴平行， 补偿质量之间的距离为L7mm， 其中L7 为预设值； 第二形式： 采用两个补偿质量， 且两个补偿质量大小、 材质相同， 两个补偿质量之间的 连线与Z轴平行， 质心与 与检验质量的连线与X轴平行， 补偿质量之间的距离为 L7mm； 第三形式： 采用4个补偿质量， 其中两个补偿质量采用为第一形式放置， 另外两个补偿 质量采用第二形式放置 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115146498 A 3