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圆柱形可展柔性结构高收纳比折叠展开方案

机械工程学报 2022年第1期58卷 19-28页

作者：蔡建国钟一涵王立武陈旭汪子哲张骞冯健东南大学国家预应力工程技术研究中心南京211189 北京空间机电研究所北京100094

随着人类对太空的逐步探索,大尺度空间可展开结构的应用日益广泛,对高收纳比的需求日益迫切。面向在轨舱体需求设计圆柱形可展柔性结构,结合折纸技术提出了两阶段、多维度的结构折展方案。针对高收纳比的技术要求,设计的可展柔性结构先... 详细信息

随着人类对太空的逐步探索,大尺度空间可展开结构的应用日益广泛,对高收纳比的需求日益迫切。面向在轨舱体需求设计圆柱形可展柔性结构,结合折纸技术提出了两阶段、多维度的结构折展方案。针对高收纳比的技术要求,设计的可展柔性结构先执行平面内径向折展,后执行空间纵向折展,该折展方案的收纳比可达到98.6%。基于一阶基频的需求,对可展柔性结构的模态进行参数化分析,讨论充气管气压和膜面预应力的影响。采用有限元分析软件ABAQUS对结构的两阶段展开过程进行了动力学分析,验证了展开过程的平稳有序,形态变化与受力皆合理,证明了结构设计方案的可行性与合理性。最后,使用薄膜褶皱参数的通用计算流程对展开后的褶皱构形特征进行了估算,并预测了关键位置上的褶皱构形。

关键词：可展开结构方案设计模态分析展开模拟褶皱预测

形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展

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航空材料学报 2018年第4期38卷 47-55页

作者：任天宁朱光明聂晶西北工业大学理学院西安710129

形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良... 详细信息

形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良的智能材料。本文主要介绍三种可用于SMPs复合材料展开结构的基体,以及每种基体制备形状记忆展开结构的方法,从宏观结构上对三种SMPs复合材料展开结构进行分类讨论,分析不同种类聚合物形状记忆的机理、力学性能、形状变化的固定率和回复率等,介绍SMPs复合材料在空间可展开结构中的应用。

关键词：形状记忆聚合物复合材料可展开结构环氧树脂氰酸酯树脂聚苯乙烯

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可展开结构模态试验及模型修正

可展开结构模态试验及模型修正

含刚性体可展开结构的展开过程动力学分析方法

第十届动力学与控制学术会议

作者：周李真辉朱锐曹芝腑董萼良江苏省工程力学分析重点实验室东南大学工程力学系

模型修正技术是近三十年以来工程界发展的热点问题之一,随着有限元理论的发展和满足大型复杂结构分析需要而发展起来,它为结构动力学研究赋予了新的内涵和研究方向。本文以可展桁架结构为研究对象,利用模态试验识别的模态参数进行有限... 详细信息

模型修正技术是近三十年以来工程界发展的热点问题之一,随着有限元理论的发展和满足大型复杂结构分析需要而发展起来,它为结构动力学研究赋予了新的内涵和研究方向。本文以可展桁架结构为研究对象,利用模态试验识别的模态参数进行有限元模型修正。可展桁架结构是最近发展起来的一种新型折叠结构体系,在航空航天、机械工程等诸多领域都有广泛地应用。修正后的有限元模型不仅可以充分反映可展结构的实际状态,而且还可以利用它对结构进行健康监测、损伤识别等工作,为结构的安全性、可靠性评估提供有价值、有说服力且可靠的数据。首先,本文回顾了模型修正的主要方法及存在的若干关键问题;其次,介绍可展开结构的模态实验的方案与流程;最后,详细介绍了基于模态参数灵敏度分析的有限元模型修正技术与设计参数型修正算法,利用空间可展结构模态试验识别出来的模态数据进行有限元模型修正,从而获得具有高精度的空间可展结构的有限元模型。

关键词：可展开结构模型修正模态参数灵敏度

来源： cnki会议评论

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计算力学学报 2011年第5期28卷 653-657,681页

作者：吴明儿项平同济大学建筑工程系上海200092

在可展结构中设置刚性体可以有效提高展开效率,保证形状精度,因此含刚性体可展结构具有较高的实用价值。刚性体按需要可为刚性曲板等,一般形状复杂且形式多样,含任意形状刚性体可展结构的展开过程动力学分析比较困难。本文以笛卡尔坐标... 详细信息

在可展结构中设置刚性体可以有效提高展开效率,保证形状精度,因此含刚性体可展结构具有较高的实用价值。刚性体按需要可为刚性曲板等,一般形状复杂且形式多样,含任意形状刚性体可展结构的展开过程动力学分析比较困难。本文以笛卡尔坐标系下节点坐标及位移为变量,利用广义逆矩阵建立了一种通用的刚性体动力学方程,给出了利用Newmark-β法进行展开过程动力学分析的数值计算方法。通过算例分析及与ADAMS软件结果进行对比,验证了本文方法的正确性。与传统的多体系统动力学方法相比,该分析方法的优点是数学描述简洁明快,包含的未知量少,能够有效地分析含任意形状刚性体的可展开结构动力学问题。

关键词：可展开结构刚性体展开动力学分析广义逆矩阵 Newmark-β法 ADAMS

基于形状记忆复合材料的一种可展开结构的设计研究

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基于形状记忆复合材料的一种可展开结构的设计研究

作者：陈昊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

可伸展结构的应用十分广泛,根据其结构单元变形机制的差异,针对不同的应用情形,每一种可伸展结构都有其独特的力学性能与设计方案,需要根据具体情形具体分析。对于形状记忆材料,由于其高智能化、可编程化控制的特点,无疑为可伸展结构增... 详细信息

可伸展结构的应用十分广泛,根据其结构单元变形机制的差异,针对不同的应用情形,每一种可伸展结构都有其独特的力学性能与设计方案,需要根据具体情形具体分析。对于形状记忆材料,由于其高智能化、可编程化控制的特点,无疑为可伸展结构增添了更多的功能。本文设计并分析了一种以形状记忆聚合物-橡胶组合形成的形状记忆可伸展结构,建立了一套以理论分析-有限元求解-试验验证过程来设计新型可伸展结构的方法。本文基于各模型的简化假设与结构力学理论分析、聚合物粘弹性理论分析进行理论设计;通过制备试样并进行力学试验,根据已知的材料参数及试验所获得的相关力学性能表征参数进行ABAQUS有限元仿真,验证了有限元求解结果的准确性;基于多段展开结构提出了一种简化结构模型,并进行理论分析、ABAQUS有限元模态分析与有限元仿真、试样测试试验,给出了具有最佳力学性能的简化模型几何设计方案。根据这种几何参数设计方案,采用了一种形状记忆环结构,其回复力较大,方便了结构能够顺利地发生回复变形;同时形状记忆环的形态固定刚度较大,使得结构在收紧形态下不易受外力干扰作用而发生回弹。基于此形状记忆环结构,对多段展开结构的模型进行简化与优化,并最终设计了一种由硬质橡胶可折叠式扩张段、环氧形状记忆聚合物记忆环支撑系统及气孔等构成的3段柔性展开结构,通过有限元仿真模拟了其压缩变形时的力学行为。

关键词：形状记忆聚合物可展开结构结构设计有限元模拟

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可展开结构模态试验及参数识别

可展开结构模态试验及参数识别

第十届动力学与控制学术会议

作者：朱锐周李真辉杭晓晨费庆国江苏省工程力学分析重点实验室东南大学工程力学系

试验模态分析技术是基于试验建立描述结构振动特性的数学模型的整体过程,包括试验、模态分析两个阶段,是解决工程振动问题的重要手段之一。随着现代工程技术的发展,各种结构动力学问题正日益突出。如结构灵敏度分析、结构动力学模型修... 详细信息

试验模态分析技术是基于试验建立描述结构振动特性的数学模型的整体过程,包括试验、模态分析两个阶段,是解决工程振动问题的重要手段之一。随着现代工程技术的发展,各种结构动力学问题正日益突出。如结构灵敏度分析、结构动力学模型修正及系统动态模拟控制等等,要求试验模态分析计算实现高进度和普及化。本文以可展桁架结构为研究对象,通过对结构进行模态试验识别模态参数。可展桁架结构是最近发展起来的一种新型折叠结构体系,在航空航天、机械工程等诸多领域都有广泛地应用。模态参数决定了结构动态特性,可以为结构振动故障诊断和预报、结构动态特性优化设计提供理论参考,因此需要对可展开结构进行模态实验与参数识别。首先,本文回顾了模态参数识别基本理论与主要研究方法;其次,介绍可展开结构的模态实验的方案与流程;再次,详细介绍了正交多项式模态参数识别方法与ERA算法,通过对试验采集数据处理,根据输入输出的数学模型对实测频响函数进行曲线拟合,识别出系统的模态参数。使用Matlab编写上述方法的程序,将程序识别结果与试验测试系统的识别结果进行对比,验证算法的准确性与可行性。

关键词：可展开结构实验模态分析模态参数辨识频响函数

来源： cnki会议评论

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空间可展开结构拓扑综合方法研究

宇航学报 2009年第6期30卷 2077-2081,2117页

作者：李团结王尧西安电子科技大学机电工程学院西安710071

空间可展开结构的构型用邻接矩阵表示,采用拓扑变换的方法来研究空间可展开结构的拓扑综合。通过构件的增加、减少以及连接关系变化的变胞综合方法实现不同构型之间的变换运算。以周边桁架可展开天线结构为例,通过构型变换,得到了不同... 详细信息

空间可展开结构的构型用邻接矩阵表示,采用拓扑变换的方法来研究空间可展开结构的拓扑综合。通过构件的增加、减少以及连接关系变化的变胞综合方法实现不同构型之间的变换运算。以周边桁架可展开天线结构为例,通过构型变换,得到了不同于目前同步展开/收拢方式的混合展开收拢方式,以及新的可展开结构的构型。通过所得类型的运动仿真,表明了混合展开方式以及新的可展开结构类型的可行性,验证了空间可展开结构拓扑综合的变胞综合方法。

关键词：可展开结构拓扑变换变胞综合展开方式

面向空间应用的薄膜可展开结构研究进展及技术挑战

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载人航天 2017年第4期23卷 427-439页

作者：彭福军谢超张良俊上海宇航系统工程研究所上海201108 上海市空间飞行器机构重点实验室上海201108

空间可展开结构正向着大型化、轻量化和高精度的方向发展,薄膜可展开结构以其高收纳比、高比刚度等优势而成为大型空间可展开结构的重要实现手段之一。结合未来构建大型空间结构系统的需求,梳理了薄膜可展开结构在大面积电池阵、大口径... 详细信息

空间可展开结构正向着大型化、轻量化和高精度的方向发展,薄膜可展开结构以其高收纳比、高比刚度等优势而成为大型空间可展开结构的重要实现手段之一。结合未来构建大型空间结构系统的需求,梳理了薄膜可展开结构在大面积电池阵、大口径星载天线、太阳帆、遮光板、再入减速装置及太空舱等多个方面的典型空间应用,介绍了各类空间薄膜可展开结构的研究进展,探讨了薄膜可展开结构在系统设计、柔性材料、收拢展开、结构控制和加工测试等方面存在的技术挑战。

关键词：空间结构轻量化薄膜结构可展开结构柔性结构

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含球铰空间可展开结构刚度识别及试验研究

含球铰空间可展开结构刚度识别及试验研究

作者：周李真辉东南大学

学位级别：硕士

近年来,随着在轨服务、深空探测等航天任务的陆续开展,大型桁架式可展开结构因其具有高精度、高收纳率等特点,在工程中得到了广泛的应用,例如大口径卫星天线的支撑结构、柔性太阳能帆板的展开支撑臂等结构。可展开结构的刚度对于其展开... 详细信息

近年来,随着在轨服务、深空探测等航天任务的陆续开展,大型桁架式可展开结构因其具有高精度、高收纳率等特点,在工程中得到了广泛的应用,例如大口径卫星天线的支撑结构、柔性太阳能帆板的展开支撑臂等结构。可展开结构的刚度对于其展开后保持稳定的结构构型至关重要,铰链刚度是影响结构整体动力学特性的关键因素。本文对一种含球铰桁架式可展开结构的刚度特性进行了研究,主要开展了以下几个方面的工作:首先,设计了一种含球铰桁架式可展开结构,介绍了其组成部件及展开机理。为了忽略拉索和锁定装置等的影响,降低分析问题的难度,对可展开结构中的两侧角节点部件进行了镜像处理,得到了锁定状态下的简化结构模型,后续的研究工作都基于简化结构模型进行。通过对简化结构模型进行合理的有限元建模及接触对定义,选择合适的加载工况研究了其整体的刚度特性,并与基于能量等效原理的等效梁建模法和Winkler弹性基础法推导的理论轴向刚度值进行了对比,验证了有限元接触分析方法对于展开结构整体刚度研究的有效性。其次,通过对展开单元整体刚度特性的研究,发现球铰连接对展开单元的刚度具有明显的削弱作用,因此开展了球铰连接刚度的参数识别工作。首先对锁定后的展开单元进行精细化有限元建模,利用接触分析方法,得到球铰连接等效线性刚度初值。其次,建立展开单元的参数化模型,利用CBUSH单元对球铰连接进行等效线性处理。然后对锁定状态下的可展开结构进行模态试验,并结合试验数据识别球铰连接刚度。最后将识别结果代入三个展开单元组成的可展开结构中得到计算频率与振型,并与试验结果进行对比验证了识别结果的准确性。在单框可展开结构连接刚度识别结果基础上,将方法拓展到多框可展开结构,分别基于绝对灵敏分析和相对灵敏度分析的有限元模型修正方法识别了连接刚度值,结果表明对于多框可展开结构,基于相对灵敏度分析的参数识别方法更加适用,识别结果更加准确合理。最后,基于多框可展开结构球铰连接刚度识别结果,开展了考虑铰链参数不确定性的模型修正方法研究。采用区间模型来描述球铰连接刚度的不确定性,根据全因子设计法获得的试验样本点,构建完全二次多项式响应面模型作为可展开结构的替代模型,并以复相关系数R和修正的复相关系数R评价响应面模型建模精度,进行考虑铰链参数不确定性的有限元模型修正。通过优化样本点和参数取值范围,有效地识别了铰链的区间参数,并通过与试验样本点的比较得到了验证。研究表明,基于多阶段响应面模型的区间参数结构有限元模型修正方法是适用于多框可展开桁架等大型结构的,可以有效地量化和识别结构参数的不确定性。

关键词：可展开结构球铰等效梁刚度分析模态试验灵敏度模型修正参数识别响应面模型不确定性区间模型