伸缩拉杆对三角形桁架铰接伸展臂力学性能影响研究

发布时间：2020-05-21 12:52

【摘要】：三角形桁架铰接伸展臂是一种空间可展开折叠结构,广泛应用于各种空间大型可伸展机构中。三角形桁架铰接伸展臂通常由纵杆、横杆以及伸缩拉杆和铰链等构成,由步进电机提供动力驱动伸展臂展开。伸展臂展开后,伸缩拉杆在预紧力的作用下张紧,但振动幅度较大时伸缩拉杆会松弛,因此有必要研究伸缩拉杆对伸展臂力学性能的影响。本文围绕伸缩拉杆对展开状态下三纵杆铰接伸展臂的力学性能影响进行了分析和研究。本文主要研究工作和结论如下:(1)基于有限元方法建立较为准确的伸展臂结构有限元模型;计算研究了伸展臂在全展开状态下的拉伸、扭转以及弯曲静刚度,分析了伸缩拉杆的尺寸参数对伸展臂静刚度的影响。结果表明:伸缩拉杆尺寸的减小会导致伸展臂静刚度的减小。所以,伸缩拉杆横截面尺寸应取到满足工况要求的较小值以保证结构轻量。(2)运用Lanczos方法和Riks方法联合计算伸展臂线性和非线性屈曲临界载荷;研究伸缩拉杆几何参数对伸展臂临界载荷的影响,研究了伸缩拉杆预紧力对伸展臂稳定性的影响。结果表明:伸缩拉杆尺寸的减小能降低伸展臂的稳定性,适当的增大伸缩拉杆的尺寸有利于提高伸展臂的稳定性;增大伸缩拉杆预紧力能提高伸展臂稳定性。(3)对伸展臂结构进行模态分析,得到伸展臂特征值轨迹;运用HHT算法研究伸缩拉杆的几何尺寸对伸展臂模态及动力学响应的影响。结果表明:伸展臂主要变形模式为弯曲变形;伸缩拉杆尺寸增大导致结构的速度和加速度响应降低。(4)基于结构被动控制理论,给出结构控制方案。施加摩擦后,伸展臂加速度响应降低了30%,为伸展臂结构设计提供了可靠的依据和有效的结论。
【图文】：

和平号,空间站

图 1.1 和平号空间站图 1.2 天空实验室空间站前苏联解体后，美苏太空竞赛也落下帷幕，然而关于空间站领域的研究和发展并没有停下脚步[10-12]。冷战结束后，美国和新成立的俄罗斯联邦展开了太空合作，两国合作研发了两个著名的空间站应用舱，一个是光谱号遥感舱，另一个是自然号地球观测舱[13]。除此之外，美国的航天飞机亚特兰蒂斯号于 1995 年 6 月与俄罗斯的和平号空间站成功实现对接。1998 年 1 月，世界上总计 15 个国家签署了一份具有跨时代意义的重大协议——组建国际空间站[14-15]，该空间站以美国的自由号空间站为基础，，对其进行进一步地完善和组装，随着国际空间站的最后一个组件在 2011 年 12 月被发射上天与其他组件顺利会合，国际空间站的组装工作圆满完成。国际空间站由美国宇航局负责管理，预计服役到 2024 年。

天空实验室,空间站

图 1.1 和平号空间站图 1.2 天空实验室空间站前苏联解体后，美苏太空竞赛也落下帷幕，然而关于空间站领域的研究和发展并没有停下脚步[10-12]。冷战结束后，美国和新成立的俄罗斯联邦展开了太空合作，两国合作研发了两个著名的空间站应用舱，一个是光谱号遥感舱，另一个是自然号地球观测舱[13]。除此之外，美国的航天飞机亚特兰蒂斯号于 1995 年 6 月与俄罗斯的和平号空间站成功实现对接。1998 年 1 月，世界上总计 15 个国家签署了一份具有跨时代意义的重大协议——组建国际空间站[14-15]，该空间站以美国的自由号空间站为基础，对其进行进一步地完善和组装，随着国际空间站的最后一个组件在 2011 年 12 月被发射上天与其他组件顺利会合，国际空间站的组装工作圆满完成。国际空间站由美国宇航局负责管理，预计服役到 2024 年。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V414;O241.82

【参考文献】