复合材料圆柱薄壁铰链折展性能分析及优化

发布时间：2020-10-31 08:33

　　 空间可展机构是卫星的重要组成部分,会直接影响卫星天线的强度、工作精度等性能,相比于传统的机械铰链式可展结构,使用复合材料制成的超弹性铰链具有质量轻、折叠体积小,展开精度高,抗弯抗扭能力强等特点,因此具有重要的研究价值。本文以复合材料卷尺弹簧以及复合材料圆柱薄壁铰链等两种超弹性铰链为主要研究对象,对复合材料圆柱薄壁铰链的静态和动态力学特性进行深入研究,并对其结构和材料参数进行优化,以提高卫星天线的整体性能。论文的主要研究内容如下:(1)基于复合材料力学、工程壳理论以及薄板弯曲理论建立复合材料卷尺弹簧的解析模型,对卷尺弹簧的准静态弯曲特性进行研究。建立复合材料卷尺弹簧的有限元模型,使用显示动力积分方法对其弯曲特性进行分析,并将结果与解析模型进行对比,验证有限元模型的准确性。在解析模型的基础上研究复合材料卷尺弹簧各结构参数对其力学性能的影响。(2)建立复合材料圆柱薄壁铰链有限元模型,使用显示动力积分方法分析其准静态弯曲和扭转性能。研究复合材料圆柱薄壁铰链各结构参数对其弯曲和扭转等静态力学性能的影响。对试验设计方法以及响应面法、Kriging模型、径向基神经网络、广义自回归神经网络、支持向量机和组合代理模型等代理模型方法进行研究,从中选取建模精度最高的一种方法建立复合材料圆柱薄壁铰链准静态弯曲以及扭转特性的代理模型,在代理模型的基础上使用多目标优化算法对其弯曲和扭转等静态力学性能进行优化。(3)推导层叠复合材料等效热膨胀系数理论计算公式,建立天线框架有限元模型,利用有限元模型对其进行热变形分析。研究复合材料热膨胀系数以及层叠复合材料等效热膨胀系数对天线框架热变形的影响,使用多岛遗传算法,以减小天线框架热变形为目标对层叠复合材料铺层角度进行优化。(4)在有限元模型的基础上对复合材料圆柱薄壁铰链动态展开特性进行研究,分析展开过程中的过冲现象以及振动衰减情况,并使用敷设自由阻尼层的方法减小动态展开过程中的振动。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB33;TB115
【部分图文】：

图 1-1 机械铰链式可展机构[2; 3]机械铰链式可展机构存在的问题，目前柔性可展机构成为各国的主要研究械铰链式可展机构，柔性可展机构具有更轻的质量和更高的收纳比，且其存在铰链的转动间隙与冲击，具有更好的展开可靠性与稳定性。柔性展开料的特性，展开有自锁能力，不需要额外的定位机构，相比于传统的铰链

图 1-2 豆荚杆制备过程及收展装置[8; 9]构以柔性薄膜结构为主要材料，内部呈空腔状态，将其折叠压缩以后定轨道后开始充气展开，充满之后进行刚化处理，形成所设计的空间薄膜天线如图 1-3 所示。

图 1-3 充气薄膜天线[10; 11]铰链是一种圆柱壳体结构（如图 1-4 所示），能够实现 180°大挠度储的应变能自行展开。与其他柔性可展机构相比，超弹性铰链不需置，也不会像充气机构受充气气压等因素的影响，集驱动、旋转、质和低耗能的优点，能够降低可展机构的复杂程度。但相较于豆荚
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本文编号：2863709