基于双稳定复合材料层合板的隔振机理研究

发布时间：2020-06-18 19:23

【摘要】：当前遥感卫星朝着高分辨率方向发展,星载遥感仪器的灵敏度、分辨率等也越来越高,对振动环境也愈发敏感,卫星微振动成为制约卫星分辨率提高的重要因素。卫星上的运动部件(如控制力矩陀螺、反作用轮、太阳能帆板驱动机构等)工作期间将产生微振动,若不加以控制会极大影响卫星成像质量。微振动形式多样,具有幅值小、频率分布范围广等特点。为保证卫星可靠性,选用被动隔振设备进行卫星微振动控制仍是当前工程应用的主要形式,传统线性隔振器只有当激励频率大于系统固有频率ω_n的2倍时才具有隔振效果,因此具有非线性结构的准零刚度隔振器受到广泛关注。双稳定层合板是一种在内部残余热应力的作用下产生较大固化变形,并且具有两种稳定构型的复合材料结构,双稳定层合板在构型转变过程中显示出负刚度特性。本文研究目的是利用正交铺层双稳定层合板作为负刚度机构与线性弹簧并联设计出一种新型准零刚度隔振器。本文首先建立了正交铺层双稳定层合板的17参数力学模型,并利用理论模型及有限元方法研究了正交铺层双稳定层合板的稳定构型、承载能力、刚度特性与纤维层厚度的关系,并研究了层合板中的混杂铝板层对混杂双稳定层合板上述特性的影响。在系统参数分析的基础上,本文预测了双稳定层合板具有双稳定特性的临界厚度,并探究了厚度达到双稳定临界点的层合板用于卫星微振动控制的可行性。进一步,本文利用[0/Al/90]铺层的混杂双稳定层合板与线性弹簧并联设计了一种新型准零刚度隔振器,建立了隔振器的理论模型,并研究了隔振器的隔振效果。分析结果证明,本文设计的新型隔振器能明显降低系统固有频率,拓宽隔振系统的隔振频带。最后制造了准零刚度隔振器的原理样机,并利用试验验证了将双稳定层合板引入线性隔振系统以改善其隔振性能的可行性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

微振动,载荷,卫星

.1 课题研究背景与意义为了满足我国经济发展、国家安全以及新的形势下国际竞争的需求，发展具有高指向度以及高分辨率特点的对地观测系统[1,2]被作为重大专项列入我国《国家中长期科学和技发展规划纲要(2006-2020 年)》。按照规划纲要部署，大批军用或民用卫星工程已经或将被立项，这些卫星将具有更高的空间分辨率、时间分辨率和辐射分辨率，这些需求的提，需要星载的各种遥感仪器性能大幅提升，从而使其对工作环境特别是振动环境提出了高的要求，如我国已发射的高分一号[3]卫星要求成像期间姿态稳定度优于 0.0005°/s，风四号卫星地面试验显示，在外界扰动频率接近星载探测仪动镜模态频率时，0.0002g 的微动就会使动镜的光谱性能发生明显退化。卫星微振动是由于卫星姿态控制以及星上运动件正常工作造成的[4]，它的振动幅值极小，因此对大多数卫星的正常使用不会产生影响对于高指向精度、高分辨率卫星，卫星微振动若不加以抑制，将严重制约卫星上各类高能遥感仪器的性能。对卫星微振动控制装置的研究，对我国航天事业的发展具有重要意。

双稳定,层合板,复合材料层合板

图 1.2 几种典型非线性隔振系统复合材料因具有高比强度、耐腐蚀性好、耐疲劳等优点在航空航天领域有着广泛应常为了避免固化变形复合材料层合板采用对称铺层。当复合材料层合薄板采用非对称时，层合板固化过程中会因内部残余热应力作用发生大变形，得到具有两种稳态的双结构[9]如图 1.3 所示。双稳定复合材料层合板不需要外界能量就可以维持在稳定构型，而且在外界驱动作用下可以发生构型转变，因此在可变形结构领域具有良好应用前]。Watt 连杆倒立摆弹簧mmm1m2

【参考文献】