充气展开自支撑结构力学特性研究

发布时间：2017-07-08 19:13

  本文关键词：充气展开自支撑结构力学特性研究

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【摘要】：充气展开结构具有折叠体积小、重量轻、展开可靠性高等优势,可作为构建空间大型可展开结构主要单元之一,如充气展开太阳帆、充气式重力梯度杆等。本文总结了国内外在薄扁壳弯折力学特性、压弯与结构稳定性、以及结构动态特性等理论、数值模拟、试验测试等方面的研究现状。本文对充气展开自支撑结构力学性能进行研究与分析,为空间可展开结构的设计与应用提供科学依据。首先,充气展开自支撑结构内壁上对称分布增强条,折叠展开过程中存在正向与反向大转动、大位移、非线性几何大变形问题,讨论了不同圆心角度和不同厚度对正向与反向折叠展开过程中弯矩的变化,得到折叠/展开过程中应变和应变能随弯折角度的变化规律;并进一步基于薄壳理论给出了增强条折叠展开过程中的弯矩表达式,与有限元模拟对比,结果吻合一致。其次,基于自支撑增强条正向与反向弯折特征,针对充气展开自支撑结构刚度特性,建立了含有自支撑增强条的充气自支撑圆管结构有限元模型,讨论了轴向压缩、扭转和弯曲特性,采用试验机对有无增强条、有无内压、有无Kapton/Al/Kapton薄膜自支撑圆管进行了轴向压缩测试,分析了失稳模式与整体临界失稳载荷,验证了无面外位移约束的增强条骨架失稳机理。最后,针对含内压的充气展开自支撑圆管结构中增强条对动态特性的影响问题,本文建立有了一套充气悬臂梁动态测试系统。多点激励单点响应的测试方法,研究了充气压力、有无增强条、以及结构压弯失稳产生的材料损伤对结构动态特性的影响,并通过数值模拟该结构动态特性,得到自支撑管状结构固有频率和振型,两者吻合一致;并利用VIC-3D全场应变测试系统,分析了自支撑管状结构充气压力对充气自支撑结构低频影响不明显原因,最终掌握了充气结构密频低频、高阻尼振动特性。
【关键词】：展开 自支撑 增强条 模态分析 充气
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题来源与研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-19
• 1.2.1 充气展开自支撑增强条正、反向折叠展开研究现状11-14
• 1.2.2 充气展开自支撑结构研究现状14-17
• 1.2.3 充气展开自支撑结构动态特性研究现状17-19
• 1.3 本文研究的主要内容19-20
• 第2章 自支撑结构增强条折叠/展开数值模拟20-37
• 2.1 引言20
• 2.2 增强条正、反折叠/展开过程力学特性分析20-28
• 2.2.1 有限元模型建立20-22
• 2.2.2 增强条正向折叠/展开过程力学特性分析22-25
• 2.2.3 增强条反向折叠/展开过程力学特性分析25-28
• 2.3 对称铺设双增强条折叠/展开力学特性分析28-31
• 2.3.1 计算模型描述28
• 2.3.2 仿真结果分析28-31
• 2.4 增强条展开弯矩理论分析31-34
• 2.5 几何参数对增强条力学性能的影响34-36
• 2.5.1 不同圆心角度对增强条力学性能的影响34
• 2.5.2 不同厚度对增强条力学性能的影响34-35
• 2.5.3 理论与有限元模拟结果对比35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 充气展开自支撑结构刚度特性分析37-58
• 3.1 引言37
• 3.2 自支撑结构的压缩刚度分析37-50
• 3.2.1 压缩刚度有限元分析37-40
• 3.2.2 压缩刚度理论分析40-42
• 3.2.3 压缩试验分析42-50
• 3.3 自支撑结构的扭转刚度分析50-54
• 3.3.1 扭转刚度有限元分析50-52
• 3.3.2 扭转刚度理论分析52-53
• 3.3.3 充气压力对扭转刚度影响53-54
• 3.4 自支撑结构的弯曲刚度分析54-56
• 3.4.1 弯曲刚度有限元分析54-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第4章 充气展开自支撑结构动态测试与分析58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 展开自支撑结构试件制备58-60
• 4.2.1 自支撑结构外形58-59
• 4.2.2 内增强条铺设59-60
• 4.3 充气展开自支撑结构的动态特性试验分析60-67
• 4.3.1 动态特性试验系统60-61
• 4.3.2 动态特性测试方法61-62
• 4.3.3 动态特性测试结果62-64
• 4.3.4 压缩前后结构损伤对动态特性的影响64-65
• 4.3.5 充气压力对动态特性影响分析65-67
• 4.4 自支撑结构动态特性数值模拟分析67-68
• 4.4.1 动态特性数值模拟67
• 4.4.2 动态特性数值计算结果分析67-68
• 4.5 动态特性数值模拟与试验结果对比68-70
• 4.6 试验误差分析70
• 4.7 本章小结70-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间发表的学术论文77-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 关富玲;汪有伟;杨超辉;;新型折叠卷收式反射阵天线的设计与制作[J];工程设计学报;2008年06期

2 刘靖;周伟;;CFRP薄壁管空间伸展臂模态与影响参数分析及试验[J];东华大学学报(自然科学版);2013年05期

3 白争锋;田浩;赵阳;;基于虚拟样机的太阳帆板展开动力学仿真[J];系统仿真学报;2009年13期

4 李瑞雄;陈务军;付功义;;透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂轴压屈曲分析及试验[J];宇航学报;2012年08期

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本文编号：535906