大跨度复合材料支架及其快速架撤机构设计

发布时间：2020-05-21 22:00

【摘要】： 通过数值计算的方法初步确定了大跨度复合材料支架的整体结构。利用ANSYS对支架系统进行了有限元建模;分析和确定了支架可能承受的主要载荷及其加载方式;在不同加载方式下分别求解出支架系统的最大位移及应力分布状态。计算结果表明,所设计的大跨度复合材料支架系统满足结构稳定性、结构强度和使用要求。对大跨度复合材料支架的模块化组装单元、连接方式和架撤方式进行了设计,利用等刚度钢管制成的桁架对架撤方式进行了实验验证,结果表明所设计的大跨度复合材料支架系统满足使用要求和操作要求。通过单拱钢管支架的侧向、垂直加载实验,确定了外加载荷与支架侧向、垂直方向位移之间的关系,并与数值模拟结果相比较。结果表明,在与实际风载相当的外加载荷作用下,测量得到的侧向、垂直方向的位移符合支架安全、稳定性的要求。计算值与实验值的变化趋势相同。针对复合材料套管接头与插接钢管/复合材料管间接触条件建立了有限元分析模型,发现在弯曲、压缩及扭转载荷的单独作用下,随着摩擦系数的增加,接触面上正应力逐渐减小,而摩擦力则呈现逐渐增大的规律。利用Tsai-Wu强度准则对复合材料管接头的强度进行了分析。结果表明,随着摩擦系数的增大,在弯曲载荷和扭转载荷作用下的复合材料管接头安全裕度增加;压缩载荷作用下,安全裕度逐渐减小。根据实际使用要求,接头主要承受的是弯曲载荷,因此通过表面处理等手段增加接触面的摩擦系数,能在一定程度上提高接头的安全裕度。基于优化设计的理论与方法,对复合材料管接头与钢管/复合材料管插接连接两种情形下,管接头的壁厚进行了优化。结果表明,在各种以弯曲载荷为主的载荷形式下,最优化壁厚随摩擦系数的增大而减小,压缩载荷对最优化壁厚的影响比扭转载荷要大得多。针对T型复合材料接头与插接复合材料管间的接触条件及受载方式建立了有限元分析模型,求解得到在弯曲载荷作用下接触面上正应力、摩擦应力随着摩擦系数的变化规律。利用Tsai-Wu强度准则对接头的强度进行了分析。结果表明,随着摩擦系数的增大,T型接头接触面上的最大正应力略有增加,但增幅并不明显,最大摩擦应力明显增加,接头的安全裕度减小。
【图文】：

桁架结构,复合材料

这对航空航天及军事领域来说具有重要意义。§1.1 复合材料桁架结构合材料桁架结构及其应用天领域，卫星系统减重是当今世界各国普遍遇到的一个技术难题[2][3][4量就可以减少发射成本，增加卫星有效载荷。所以世界各国都着重发展金属材料[7][8][9][10][11]。随着空间技术的发展，复合材料桁架结构已越来，先进复合材料桁架式结构越来越多地应用到了卫星结构中。图 1.1 为型复合材料桁架结构。桁架式结构的主体由桁架杆件和桁架接头通过连这种结构可以有效的减轻结构质量，提高卫星的承载能力和航天飞机的运的卫星以及国际空间站广泛采用这种结构[12]。

桁架结构,航天器,推力,支架

国防科学技术大学研究生院学位论文航天器发动机产生的巨大推力经由推力支架传递到航天器整体结构上，从而推动航飞行前进。空间桁架结构是大载荷下的主承载结构，如美国航天结构集团Goodrich公NASA的“冒险星”生产的GRID-LOCK 桁架结构，包括连接液氧贮箱和液氢贮箱M7/APC2 成型桁架结构，连接发动机与两个液氢贮箱的碳纤维/环氧复合材料和硼-碳/环氧混杂复合材料多功能推力桁架结构；日本ERS-1 卫星壳体内部主要由M40 纤维的φ0.5mCFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic，碳纤维增强塑料）的推力筒是主承件，，用以支撑设备架、太阳电池阵和设备架上固定的各种仪器设备[13]。图 1.2 为应航天器推力支架上的复合材料桁架结构。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH122

【引证文献】