展開機構(gòu)在發(fā)射過程中處于折疊收攏狀態(tài),體積最小,發(fā)射后逐漸展開成為一個大型復雜的宇航結(jié)構(gòu),鎖定并保持為工作狀態(tài),主要應用于大型空間可展天線和太陽帆的支撐背架、探測臂等。人形桿是大型航天器結(jié)構(gòu)的主要支撐部件之一,也是繼雙穩(wěn)態(tài)圓型截面超彈性桿和豆莢型截面超彈性桿之后發(fā)現(xiàn)的一個值得深入研究的驅(qū)動展開機構(gòu)。本文基于馮卡門薄板大撓度彎曲理論,建立各向同性材料單帶簧片中面內(nèi)力與應變,力矩與曲率之間的本構(gòu)方程,推導出人形桿總體應變能,根據(jù)最小勢能原理,采用數(shù)值法得到人形桿兩端彎曲力矩;搭建人形桿純彎曲實驗平臺,對人形桿進行多次彎曲實驗并提取峰值力矩,分析對比峰值力矩理論值與實驗值的相對誤差,驗證所建立的應變能數(shù)學模型準確性;對人形桿純彎曲時的峰值力矩進行參數(shù)影響分析,研究材料厚度,中心角,直線粘接段寬度和橫截面半徑對峰值力矩的影響,為人形桿在折展機構(gòu)中的應用提供理論依據(jù)。建立人形桿壓扁有限元模型,分析壓力隨時間變化關系,并搭建人形桿壓扁實驗平臺,多次測量壓力大小,分析對比人形桿理論與實驗的壓力變化規(guī)律,驗證人形桿壓扁有限元模型的準確性;針對人形桿壓扁過程中的應力集中問題,利用顯示動力學法對人形桿壓扁... 

【文章來源】：安徽大學安徽省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

火星快速航天器折展天線

第一章緒論2元模型，分析應力變化特點，搭建實驗平臺測量力矩并驗證模型的準確性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1超彈可展開天線機構(gòu)2003年，歐空局[11,12]研制了一種火星探測系統(tǒng)，主要用于測量火星電離層和尋找地下水，天線的支撐結(jié)構(gòu)部分由三個可折疊的平桿組成，如圖1.1所示，平桿中有橫向切口，切口處降低了兩邊的應力集中，平桿的其余部分可彎曲成折疊形狀，可展平管質(zhì)量輕，空間效率高，但它們的展開工作只適用于微重力的真空中，不存在重力和空氣阻力的影響，所以展開過程中的劇烈運動，會使地面展開測試實驗困難重重。圖1.1火星快速航天器折展天線Figure1.1TheMarsexpressspacecraftflexeditsantenna美國Soykasap[13,14]等人于2004年研制了由超薄復合材料制成的三維可折疊太陽能電池陣列天線，如圖1.2所示，它通過根部折疊、Z形折疊和三次折疊三個步驟使結(jié)構(gòu)緊湊，利用儲存的應變能實現(xiàn)自動展開，主要優(yōu)點是重量輕，成本低，零部件數(shù)量少，方便制造，但會出現(xiàn)材料斷裂的現(xiàn)象。（a）展開狀態(tài)（b）收攏狀態(tài)圖1.2太陽能電池陣列天線Figure1.2Solararrayantenna

第一章緒論2元模型，分析應力變化特點，搭建實驗平臺測量力矩并驗證模型的準確性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1超彈可展開天線機構(gòu)2003年，歐空局[11,12]研制了一種火星探測系統(tǒng)，主要用于測量火星電離層和尋找地下水，天線的支撐結(jié)構(gòu)部分由三個可折疊的平桿組成，如圖1.1所示，平桿中有橫向切口，切口處降低了兩邊的應力集中，平桿的其余部分可彎曲成折疊形狀，可展平管質(zhì)量輕，空間效率高，但它們的展開工作只適用于微重力的真空中，不存在重力和空氣阻力的影響，所以展開過程中的劇烈運動，會使地面展開測試實驗困難重重。圖1.1火星快速航天器折展天線Figure1.1TheMarsexpressspacecraftflexeditsantenna美國Soykasap[13,14]等人于2004年研制了由超薄復合材料制成的三維可折疊太陽能電池陣列天線，如圖1.2所示，它通過根部折疊、Z形折疊和三次折疊三個步驟使結(jié)構(gòu)緊湊，利用儲存的應變能實現(xiàn)自動展開，主要優(yōu)點是重量輕，成本低，零部件數(shù)量少，方便制造，但會出現(xiàn)材料斷裂的現(xiàn)象。（a）展開狀態(tài)（b）收攏狀態(tài)圖1.2太陽能電池陣列天線Figure1.2Solararrayantenna

【參考文獻】：
期刊論文
[1]雙圈六面體環(huán)形桁架式可展開天線結(jié)構(gòu)設計[J]. 吳新燕,關富玲.  機械工程學報. 2020(05)
[2]空間可展開天線機構(gòu)研究與展望[J]. 劉榮強,史創(chuàng),郭宏偉,李冰巖,田大可,鄧宗全.  機械工程學報. 2020(05)
[3]考慮桁架柔性的可展開天線動力學分析[J]. 杜雪林,杜敬利,保宏,鐘旺,崔凱.  機械工程學報. 2020(07)
[4]考慮橫向曲率的超彈性鉸鏈純彎曲非線性力學建模與實驗[J]. 楊慧,王巖,劉榮強.  振動與沖擊. 2018(08)
[5]大型環(huán)形桁架天線進出地影期熱致振動特性研究[J]. 鄭士昆,宋燕平,趙將,馬小飛,范葉森.  中國科學:物理學 力學 天文學. 2017(10)
[6]雙層超彈性鉸鏈展開沖擊分析與優(yōu)化[J]. 楊慧,郭宏偉,王巖,劉榮強,陶建國.  振動與沖擊. 2016(09)
[7]三棱柱伸展臂超彈性鉸鏈的力學建模與分析[J]. 楊慧,郭宏偉,王巖,劉榮強.  宇航學報. 2016(03)
[8]帶柔性伸桿小衛(wèi)星振動控制的半物理仿真實驗[J]. 楚中毅,任善永.  宇航學報. 2013(06)
[9]透鏡式薄壁CFRP管空間伸展臂軸壓屈曲分析及試驗[J]. 李瑞雄,陳務軍,付功義.  宇航學報. 2012(08)
[10]可折疊復合材料豆莢桿的制備與驗證[J]. 白江波,熊峻江,高軍鵬,益小蘇,張子龍,何先成,劉志真,李雪芹.  航空學報. 2011(07)

博士論文
[1]超彈性鉸鏈的力學建模及實驗研究[D]. 楊慧.哈爾濱工業(yè)大學 2015

碩士論文
[1]薄壁管狀空間伸展臂收展數(shù)值模擬與試驗[D]. 鄒濤.上海交通大學 2013



本文編號：3399416