充氣梁彎皺特性研究.pdf

1、充氣展開(kāi)支撐結(jié)構(gòu)是近期航空航天可展開(kāi)飛行器中出現(xiàn)的一類(lèi)新型展開(kāi)結(jié)構(gòu),具有重量輕、折疊體積小、展開(kāi)可靠性高、展開(kāi)后承載范圍大等特點(diǎn)。充氣展開(kāi)支撐結(jié)構(gòu)中的充氣梁是其典型結(jié)構(gòu)部件,為提高充氣梁的承載性能,本文建立了充氣梁承載特性分析方法,并對(duì)其承載規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　充氣梁在彎曲載荷作用下產(chǎn)生局部壓應(yīng)力,彎曲載荷達(dá)到起皺載荷時(shí)充氣梁產(chǎn)生褶皺,隨著彎曲載荷的增加褶皺區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)展,當(dāng)彎曲載荷達(dá)到失效載荷時(shí)充氣梁失穩(wěn)無(wú)法進(jìn)一

2、步承受更大彎曲載荷。充氣梁的承載規(guī)律和彎皺特性可以用起皺載荷、失效載荷、褶皺區(qū)域進(jìn)行表征。
　　本文對(duì)充氣梁的承載過(guò)程中的彎皺特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。對(duì)充氣梁褶皺產(chǎn)生、褶皺擴(kuò)展、剛度退化機(jī)理以及網(wǎng)格增強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論研究、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究,主要內(nèi)容包括:
　　本文首先針對(duì)充氣梁在彎曲載荷作用下褶皺的軸向擴(kuò)展進(jìn)行分析,提出彎皺因子的概念,進(jìn)行褶皺區(qū)域表征,首先建立基于彎皺因子的變截面充氣梁褶皺軸向擴(kuò)展特性分析模型,確定彎曲載荷作

3、用下變截面充氣梁起皺彎矩預(yù)報(bào)模型、初始起皺位置預(yù)報(bào)模型、褶皺區(qū)域軸向邊界預(yù)報(bào)模型和失效載荷預(yù)報(bào)模型。然后針對(duì)褶皺區(qū)域的環(huán)向擴(kuò)展進(jìn)行分析,確定基于彎皺因子參數(shù)的褶皺角和中性軸偏移量預(yù)報(bào)模型,利用擬合多項(xiàng)式方法獲得褶皺區(qū)域內(nèi)褶皺角和中性軸偏移量的分布規(guī)律,完成基于彎皺因子的變截面充氣梁褶皺區(qū)域產(chǎn)生擴(kuò)展分析方法,以獲得充氣彎皺狀態(tài)褶皺區(qū)域的完整描述。最后建立變截面充氣梁的抗彎測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置,獲得變截面充氣梁在彎曲載荷作用下的彎皺行為實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)

4、合有限元數(shù)值模擬,驗(yàn)證變截面充氣梁褶皺區(qū)域產(chǎn)生和擴(kuò)展分析方法的準(zhǔn)確性和有效性。
　　在基于彎皺因子的變截面充氣梁褶皺區(qū)域產(chǎn)生擴(kuò)展分析方法基礎(chǔ)上，針對(duì)充氣梁彎皺狀態(tài)力學(xué)模型,引入等效充氣壓力方法建立了充氣壓力、中心軸偏移、變形幅度和管壁剛度等的平衡彎矩分析模型,建立充氣梁彎皺變剛度分析模型,解析彎皺狀態(tài)充氣梁的剛度變化和抗彎平衡機(jī)理,獲得抗彎剛度與彎皺因子和褶皺角的變化關(guān)系,建立考慮褶皺區(qū)域和褶皺區(qū)域曲率變化影響的充氣梁彎皺變剛度分

5、析模型。與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比證明本文充氣梁彎皺變剛度分析模型的正確性。
　　在基于彎皺因子和等效充氣壓力的彎皺充氣梁變剛度分析模型基礎(chǔ)上，提出能夠考慮褶皺區(qū)域和褶皺曲率變化等褶皺效應(yīng)的彎皺充氣梁有限元分析模型,給出形函數(shù)和剛陣的具體形式,建立彎皺充氣梁?jiǎn)卧那蠼膺^(guò)程,編制有限元分析驗(yàn)證程序,對(duì)不同載荷狀態(tài)和結(jié)構(gòu)形式的充氣梁承載特性進(jìn)行了數(shù)值分析,得到彎皺狀態(tài)下充氣梁褶皺區(qū)域擴(kuò)展規(guī)律和大變形因素對(duì)充氣梁承載性能的影響。通過(guò)和文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)

6、比驗(yàn)證本文彎皺充氣梁?jiǎn)卧臏?zhǔn)確性和有效性,為大型充氣結(jié)構(gòu)承載性能高效率分析和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
　　利用本文充氣梁?jiǎn)卧屯瑯庸r下加密的有限元細(xì)化分析模型對(duì)網(wǎng)格增強(qiáng)充氣梁的載荷撓度曲線進(jìn)行了對(duì)比分析,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了本文充氣梁?jiǎn)卧臏?zhǔn)確性和高效性。為了利用本文充氣梁?jiǎn)卧治鼍W(wǎng)格增強(qiáng)充氣梁,本文首先對(duì)網(wǎng)格增強(qiáng)充氣梁管壁的表觀工程常數(shù)進(jìn)行了等效分析,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析驗(yàn)證了等效模型的準(zhǔn)確性。
　　本文的研究成果將為大型充氣結(jié)構(gòu)承