盘绕式伸展臂纵杆变形分析研究

发布时间：2021-08-09 04:47

　　介绍了一种纵杆变形分析的数值方法,用作盘绕式伸展臂逐层展开过程中的变形研究。该数值方法基于已有的弹性细杆变形分析理论,将伸展臂纵杆离散成一系列圆柱面约束条件下的短杆,分别对临界状态下的短杆进行边界条件确定和变形分析,进而运用迭代方法求得纵杆变形。针对在研伸展臂模型,分别进行微重力展开实验和根部展开动力学仿真,并将二者结果与数值计算结果进行对比,考察该数值方法的可行性和有效性。结果表明,数值计算所得纵杆变形状况与实验和仿真结果基本一致,可以用作伸展臂设计阶段的参考。 

【文章来源】：西北工业大学学报. 2020,38(S1)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

典型的盘绕式伸展臂展开图

如图2所示,通长纵杆被离散成一系列短杆,将伸展臂自下而上分别定义为第1节,第2节,……,相应的短杆定义为杆1,杆2,……。同样的,伸展臂横架自下而上分别定义为横架1,横架2,……。为减少研究过程中的外部干扰载荷,以伸展臂根部4节短杆作为研究对象。当第5节刚要展开时,横架5与横架6之间的接触力刚好减小到零,此时根部4节短杆在绳索拉力和根部边界载荷的作用下达到平衡状态。定义此刻的伸展臂状态为临界状态,以此为基础进行后续的变形分析研究。为方便起见,本文中的分析均不考虑伸展臂展开过程中的动力学效应。忽略过渡段盘绕半径的轻微减小,伸展臂满足圆柱面假设,即展开过程中的通长纵杆可以认定为在圆柱面内变形的扭曲弹性细杆。由于伸展臂是一个空间对称结构,因此根部的变形分析将只针对其中一根纵杆所离散得到的短杆来进行。

为描述短杆的变形,参考刘延柱的研究结果对坐标系定义如下,见图3。以伸展臂轴线中某点O作为坐标原点,伸展臂轴线为Oζ轴,并在伸展臂盘绕半径方向定义Oξ轴,从而获得坐标系O-ξηζ。将坐标系O-ξηζ绕轴Oζ旋转Ψ得到坐标系O-XYZ。定义P点为短杆某处截面中心点,将坐标系O-XYZ由点O平移至点P,得到坐标系P-XYZ。将坐标系P-XYZ绕PZ轴旋转180°得到坐标系P-x1y1z1,此时ψ=Ψ+π。最后,将坐标系P-x1y1z1绕Px1轴旋转θ得到坐标系P-x2y2z2。

【参考文献】：
期刊论文
[1]盘绕式伸展臂展开模式的力学原理[J]. 韩建斌,王新升,马海波.  北京航空航天大学学报. 2013(09)
[2]铰接盘绕式空间伸展臂屈曲分析理论研究[J]. 戈冬明,陈务军,付功义,董石麟.  工程力学. 2008(06)



本文编号：3331396