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振动与冲击 2022年第5期41卷 27-32页

作者：王岩杨慧刘荣强燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

面向星载大口径薄膜天线在轨展开需求,开展高型面精度、大口径、轻量化和大折展比的空间薄膜天线人形杆折展机构创新设计及其动力学特性研究。提出一种带有径向预紧的人形杆单侧驱动机构,通过一个电机同时驱动滚筒和丝杠运动,当人形杆... 详细信息

面向星载大口径薄膜天线在轨展开需求,开展高型面精度、大口径、轻量化和大折展比的空间薄膜天线人形杆折展机构创新设计及其动力学特性研究。提出一种带有径向预紧的人形杆单侧驱动机构,通过一个电机同时驱动滚筒和丝杠运动,当人形杆完全展开时径向预紧机构得到触发,实现人形杆根部的夹紧,从而提高整个薄膜天线展开状态的刚度和型面精度。对该机构缠绕过程的运动学和收拢状态的动力学分别进行仿真;加工出人形杆单侧驱动机构原理样机,对其收拢和展开进行功能性试验,测量在缠绕过程中人形杆的力矩,并对单侧驱动机构收拢状态整体结构进行模态分析。经试验验证,缠绕过程中有限元仿真模型力矩的准确性,为空间大型轻质薄膜天线人形杆展开机构的航天工程应用提供理论支撑。

关键词：可展开机构人形杆动力学运动学复合材料有限元

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超薄热塑性复合材料人形杆制备及其性能研究

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复合材料科学与工程 2023年第7期 65-71页

作者：马心旗宗文波张竹青蒋林桑琳吴海宏河南工业大学碳纤维复合材料国际合作实验室郑州450001 大连理工大学汽车工程学院大连116024

薄层预浸料复合材料结构具有良好的弹性应变能调控、存储特性,在可展开、折叠结构,如空间可展开天线、太阳帆和光伏表面等方面具有重要应用价值。本文以碳纤维增强尼龙6(CF/PA6)为实验对象,首先,用单层厚度为0.045 mm和0.105 mm的CF/PA... 详细信息

薄层预浸料复合材料结构具有良好的弹性应变能调控、存储特性,在可展开、折叠结构,如空间可展开天线、太阳帆和光伏表面等方面具有重要应用价值。本文以碳纤维增强尼龙6(CF/PA6)为实验对象,首先,用单层厚度为0.045 mm和0.105 mm的CF/PA6复合材料分别制备1 mm厚的单向层合板,对其进行了弯曲性能测试和弯曲破坏后微观形貌的对比分析,然后采用非对称铺层设计方法及真空热压一次成型工艺制备了复合材料人形杆,对人形杆的法兰展开行为、收拢弯曲承载行为进行了实验测试。结果表明:单层厚度减薄57%,层合板的弯曲强度和弯曲模量分别提高了24.8%、17%,有效抑制了复合材料的层间裂纹扩展;铺层结构直接影响人形杆可展开、收拢变形行为,增加0°铺层所占比例,人形杆的比刚度和比强度均有所提高。实验结果为热塑性复合材料可展开结构的设计与性能评价提供了基础。

关键词：超薄热塑性复合材料碳纤维人形杆可展开

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复合材料人形杆压扁过程数值模拟分析

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宇航学报 2019年第5期40卷 570-576页

作者：杨慧刘恋刘荣强刘永斌安徽大学电气工程与自动化学院合肥230601 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家实验室哈尔滨150080

为了避免超弹性杆因应力集中而产生疲劳裂纹,延长其使用寿命,借助于ABAQUS软件,采用S4R壳单元和粘结单元,建立了人形杆复合材料压扁有限元模型。利用显示动力学法对人形杆压扁过程进行了非线性数值模拟分析,分析单一材料、两种材料铺层... 详细信息

为了避免超弹性杆因应力集中而产生疲劳裂纹,延长其使用寿命,借助于ABAQUS软件,采用S4R壳单元和粘结单元,建立了人形杆复合材料压扁有限元模型。利用显示动力学法对人形杆压扁过程进行了非线性数值模拟分析,分析单一材料、两种材料铺层方式和不同铺层角度时人形杆各层应力特点,进而选取出应力最小的铺层方法。该研究对可展开机构中人形截面超弹性杆复合材料最佳铺层方式的合理选取具有重要意义。

关键词：可折展机构人形杆压扁过程显示动力学法复合材料

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人形杆纯弯曲力学特性分析与实验

人形杆纯弯曲力学特性分析与实验

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作者：刘恋安徽大学

学位级别：硕士

展开机构在发射过程中处于折叠收拢状态,体积最小,发射后逐渐展开成为一个大型复杂的宇航结构,锁定并保持为工作状态,主要应用于大型空间可展天线和太阳帆的支撑背架、探测臂等。人形杆是大型航天器结构的主要支撑部件之一,也是继双稳... 详细信息

展开机构在发射过程中处于折叠收拢状态,体积最小,发射后逐渐展开成为一个大型复杂的宇航结构,锁定并保持为工作状态,主要应用于大型空间可展天线和太阳帆的支撑背架、探测臂等。人形杆是大型航天器结构的主要支撑部件之一,也是继双稳态圆型截面超弹性杆和豆荚型截面超弹性杆之后发现的一个值得深入研究的驱动展开机构。本文基于冯卡门薄板大挠度弯曲理论,建立各向同性材料单带簧片中面内力与应变,力矩与曲率之间的本构方程,推导出人形杆总体应变能,根据最小势能原理,采用数值法得到人形杆两端弯曲力矩;搭建人形杆纯弯曲实验平台,对人形杆进行多次弯曲实验并提取峰值力矩,分析对比峰值力矩理论值与实验值的相对误差,验证所建立的应变能数学模型准确性;对人形杆纯弯曲时的峰值力矩进行参数影响分析,研究材料厚度,中心角,直线粘接段宽度和横截面半径对峰值力矩的影响,为人形杆在折展机构中的应用提供理论依据。建立人形杆压扁有限元模型,分析压力随时间变化关系,并搭建人形杆压扁实验平台,多次测量压力大小,分析对比人形杆理论与实验的压力变化规律,验证人形杆压扁有限元模型的准确性;针对人形杆压扁过程中的应力集中问题,利用显示动力学法对人形杆压扁非线性过程进行了数值模拟分析,得到了对称铺层和反对称铺层应力大小及其变化规律特性;比较分析两种铺层方式下人形杆各层应力特征,得到反对称铺层各层应力较小的结论,进而分析不同材料在同角度铺层方式下各层应力大小,得出各层最理想的铺设材料。建立人形杆缠绕有限元模型,搭建实验平台对缠绕过程中力矩进行实验,验证人形杆缠绕模型的准确性;人形杆缠绕有限元模型包括压扁、端部压紧和缠绕三个步骤,分析应力变化特点,明确最小应力分布的区域,以应力作为约束条件,为人形杆各个参数优化提供路径,提高机构使用时间。

关键词：人形杆纯弯曲力学建模运动学分析压扁过程缠绕过程

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碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备与可展开性能研究

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备与可展开性能研究

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作者：马心旗河南工业大学

学位级别：硕士

碳纤维增强热塑性(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic,CFRTP)复合材料具备高韧性、较短的成型周期、可焊接性和可回收性等优点。在航空航天和其他工业领域的应用中显示出巨大的潜力。目前,国内外众多研究人员已经在CFRTP复合材料... 详细信息

碳纤维增强热塑性(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic,CFRTP)复合材料具备高韧性、较短的成型周期、可焊接性和可回收性等优点。在航空航天和其他工业领域的应用中显示出巨大的潜力。目前,国内外众多研究人员已经在CFRTP复合材料领域进行了大量研究,并且取得一定的成果。聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,PEEK)是一种具有优异性能的热塑性材料,碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)被认为是主要的高性能热塑性复合材料之一,受到了广泛的关注。但由于CF和PEEK表面是惰性的,不会发生化学键合,且PEEK具有较高的熔点和熔融粘度,导致CF/PEEK复合材料在工程中的应用受到了阻碍。目前研究的主要是关于CF/PEEK的制备和力学性能,对其可展开性能研究十分匮乏。为了推动CF/PEEK复合材料在航空航天、医疗等领域的工程应用,本文以CF/PEEK复合材料为研究对象,采用模压成型工艺制备单向层合板,对其力学性能进行了测试。基于非对称铺层产生内应力的机理,制备了不同铺层方式的层合板和人形杆,并对其进行研究与表征。主要的研究内容包括以下几个方面:(1)设计研制了碳纤维宽展-上浆一体化实验平台,为改善CF/PEEK复合材料中的界面相互作用,配置了上浆剂。并对宽展-上浆后的碳纤维单向带的静态接触角、热性能、表面微观形貌和拉伸性能进行测试与表征。(2)对CF/PEEK复合材料的成型工艺进行了研究,通过对PEEK薄膜进行差示扫描量热法分析,并结合理论以及大量实验数据,确定CF/PEEK的成型工艺参数。然后,将碳纤维单向带与PEEK薄膜进行编织,形成CF/PEEK复合材料编织布,采用真空模压成型工艺制备单向层合板,并对其进行拉伸和弯曲性能测试。最后,通过二次成型的方法完成了CF/PEEK复合材料碟形弹簧的制备。(3)对非对称铺层导致复合材料层合板弯曲变形的机理进行了研究,并通过模压成型工艺制备不同铺层厚度和铺层方式的CF/PEEK复合材料层合板,对其弯曲曲率半径和在不同温度场下展开行为进行了测试与表征。基于此,设计了可展开抓手并完成抓取实验,验证了非对称铺层在可展开结构应用的可行性。(4)采用超薄CF/PEEK进行薄膜叠层和非对称铺层设计,模压工艺制备复合材料人形杆,讨论了不同的铺层方式对人形杆法兰区变形曲率的影响机制,通过折叠弯曲实验,得到了人形杆的弯曲力-曲率曲线,验证了采用非对称铺层制备碳纤维复合材料人形杆的可行性。

关键词： CF/PEEK 上浆剂力学性能非对称铺层可展开人形杆

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