【摘要】：三角形桁架鉸接伸展臂是一種空間可展開折疊結(jié)構(gòu),廣泛應(yīng)用于各種空間大型可伸展機(jī)構(gòu)中。三角形桁架鉸接伸展臂通常由縱桿、橫桿以及伸縮拉桿和鉸鏈等構(gòu)成,由步進(jìn)電機(jī)提供動力驅(qū)動伸展臂展開。伸展臂展開后,伸縮拉桿在預(yù)緊力的作用下張緊,但振動幅度較大時(shí)伸縮拉桿會松弛,因此有必要研究伸縮拉桿對伸展臂力學(xué)性能的影響。本文圍繞伸縮拉桿對展開狀態(tài)下三縱桿鉸接伸展臂的力學(xué)性能影響進(jìn)行了分析和研究。本文主要研究工作和結(jié)論如下:(1)基于有限元方法建立較為準(zhǔn)確的伸展臂結(jié)構(gòu)有限元模型;計(jì)算研究了伸展臂在全展開狀態(tài)下的拉伸、扭轉(zhuǎn)以及彎曲靜剛度,分析了伸縮拉桿的尺寸參數(shù)對伸展臂靜剛度的影響。結(jié)果表明:伸縮拉桿尺寸的減小會導(dǎo)致伸展臂靜剛度的減小。所以,伸縮拉桿橫截面尺寸應(yīng)取到滿足工況要求的較小值以保證結(jié)構(gòu)輕量。(2)運(yùn)用Lanczos方法和Riks方法聯(lián)合計(jì)算伸展臂線性和非線性屈曲臨界載荷;研究伸縮拉桿幾何參數(shù)對伸展臂臨界載荷的影響,研究了伸縮拉桿預(yù)緊力對伸展臂穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:伸縮拉桿尺寸的減小能降低伸展臂的穩(wěn)定性,適當(dāng)?shù)脑龃笊炜s拉桿的尺寸有利于提高伸展臂的穩(wěn)定性;增大伸縮拉桿預(yù)緊力能提高伸展臂穩(wěn)定性。(3)對伸展臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,得到伸展臂特征值軌跡;運(yùn)用HHT算法研究伸縮拉桿的幾何尺寸對伸展臂模態(tài)及動力學(xué)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明:伸展臂主要變形模式為彎曲變形;伸縮拉桿尺寸增大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的速度和加速度響應(yīng)降低。(4)基于結(jié)構(gòu)被動控制理論,給出結(jié)構(gòu)控制方案。施加摩擦后,伸展臂加速度響應(yīng)降低了30%,為伸展臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)和有效的結(jié)論。
【圖文】：

圖 1.1 和平號空間站 圖 1.2 天空實(shí)驗(yàn)室空間站前蘇聯(lián)解體后，美蘇太空競賽也落下帷幕，然而關(guān)于空間站領(lǐng)域的研究和發(fā)展并沒有停下腳步[10-12]。冷戰(zhàn)結(jié)束后，美國和新成立的俄羅斯聯(lián)邦展開了太空合作，兩國合作研發(fā)了兩個(gè)著名的空間站應(yīng)用艙，一個(gè)是光譜號遙感艙，另一個(gè)是自然號地球觀測艙[13]。除此之外，美國的航天飛機(jī)亞特蘭蒂斯號于 1995 年 6 月與俄羅斯的和平號空間站成功實(shí)現(xiàn)對接。1998 年 1 月，世界上總計(jì) 15 個(gè)國家簽署了一份具有跨時(shí)代意義的重大協(xié)議——組建國際空間站[14-15]，該空間站以美國的自由號空間站為基礎(chǔ)，，對其進(jìn)行進(jìn)一步地完善和組裝，隨著國際空間站的最后一個(gè)組件在 2011 年 12 月被發(fā)射上天與其他組件順利會合，國際空間站的組裝工作圓滿完成。國際空間站由美國宇航局負(fù)責(zé)管理，預(yù)計(jì)服役到 2024 年。

圖 1.1 和平號空間站 圖 1.2 天空實(shí)驗(yàn)室空間站前蘇聯(lián)解體后，美蘇太空競賽也落下帷幕，然而關(guān)于空間站領(lǐng)域的研究和發(fā)展并沒有停下腳步[10-12]。冷戰(zhàn)結(jié)束后，美國和新成立的俄羅斯聯(lián)邦展開了太空合作，兩國合作研發(fā)了兩個(gè)著名的空間站應(yīng)用艙，一個(gè)是光譜號遙感艙，另一個(gè)是自然號地球觀測艙[13]。除此之外，美國的航天飛機(jī)亞特蘭蒂斯號于 1995 年 6 月與俄羅斯的和平號空間站成功實(shí)現(xiàn)對接。1998 年 1 月，世界上總計(jì) 15 個(gè)國家簽署了一份具有跨時(shí)代意義的重大協(xié)議——組建國際空間站[14-15]，該空間站以美國的自由號空間站為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行進(jìn)一步地完善和組裝，隨著國際空間站的最后一個(gè)組件在 2011 年 12 月被發(fā)射上天與其他組件順利會合，國際空間站的組裝工作圓滿完成。國際空間站由美國宇航局負(fù)責(zé)管理，預(yù)計(jì)服役到 2024 年。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V414;O241.82

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 韓建斌;王新升;馬海波;;盤繞式伸展臂展開模式的力學(xué)原理[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2013年09期

2 李瑞雄;陳務(wù)軍;付功義;;透鏡式薄壁CFRP管空間伸展臂軸壓屈曲分析及試驗(yàn)[J];宇航學(xué)報(bào);2012年08期

3 張偉;于瀟;;盤繞式伸展臂初步設(shè)計(jì)與分析[J];載人航天;2012年02期

4 劉樹青;王興松;朱正龍;;一種剪式可展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動力學(xué)分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2011年10期

5 郭凱;潘存云;張湘;鄧豪;;平面剪叉式機(jī)構(gòu)通用運(yùn)動學(xué)模型的建立與分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2010年06期

6 薛素鐸;蔡炎城;李雄彥;曹資;;被動控制技術(shù)在大跨空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用概況[J];世界地震工程;2009年03期

7 陳抒怡;;天宮一號空間站已進(jìn)入初樣研制階段[J];中國航天;2009年02期

8 劉榮強(qiáng);郭宏偉;鄧宗全;;空間索桿鉸接式伸展臂設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J];宇航學(xué)報(bào);2009年01期

9 郭宏偉;劉榮強(qiáng);鄧宗全;;空間索桿鉸接式伸展臂性能參數(shù)分析與設(shè)計(jì)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2008年10期

10 戈冬明;陳務(wù)軍;付功義;董石麟;;鉸接盤繞式空間伸展臂屈曲分析理論研究[J];工程力學(xué);2008年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 肖瀟;空間薄膜結(jié)構(gòu)的展開動力學(xué)研究及熱分析[D];浙江大學(xué);2009年

2 蘇靜波;工程結(jié)構(gòu)不確定性區(qū)間分析方法及其應(yīng)用研究[D];河海大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 徐國民;剪叉式空間伸展臂設(shè)計(jì)及其模擬裝置研制[D];浙江理工大學(xué);2013年

2 林上民;空間伸展臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D];西安電子科技大學(xué);2012年

3 汪彬;衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的模態(tài)與頻率傳遞特性分析[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

4 鐘博文;套筒式伸展臂的設(shè)計(jì)與分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

5 王剛;大型空間天線伸展臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

6 趙小青;超高速平面磨床動態(tài)性能分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究[D];湖南大學(xué);2005年

本文編號：2674327