形狀記憶復(fù)合材料的力學(xué)性能表征及其在空間可展開(kāi)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用.pdf

1、空間可展開(kāi)天線作為航天器的重要組成部分，對(duì)實(shí)現(xiàn)航天器與控制臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸有著至關(guān)重要的作用。與此同時(shí)隨著材料科學(xué)的日新月異，一種可以實(shí)現(xiàn)自鎖、自支撐和自適應(yīng)的智能主動(dòng)大變形新型智能材料，形狀記憶聚合物（shape memory polymers，SMPs），憑借其具有質(zhì)量輕、形狀變形率大、成本低等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的亮點(diǎn)。因此可以預(yù)見(jiàn)，如果將這種性能優(yōu)良的智能材料作為結(jié)構(gòu)承載材料，無(wú)論其在航空、航天還是能源領(lǐng)域的應(yīng)用前景都不可估量。<

2、br>　　本文以形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料的基本力學(xué)性能表征為起始點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作出一種基于形狀記憶復(fù)合材料的智能鉸鏈單元，并且將該智能鉸鏈單元應(yīng)用于空間可展開(kāi)天線結(jié)構(gòu)之中。其中在對(duì)材料的基本力學(xué)性能表征方面，本文首先詳述了形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料的制備方法，然后通過(guò)激光切割將材料制成試驗(yàn)件。之后對(duì)形狀記憶聚合物進(jìn)行的納米壓痕試驗(yàn)則確切的表征了該種環(huán)氧基形狀記憶聚合物的硬度。其次在對(duì)形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)及靜態(tài)力學(xué)分析中，

3、相關(guān)的基本力學(xué)性能的表征，分別通過(guò)材料的靜態(tài)黏彈性試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)黏彈性試驗(yàn)與拉伸試驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。
　　在智能鉸鏈單元的設(shè)計(jì)方面，本文通過(guò)對(duì)形狀記憶復(fù)合材料片層殼體的理論建模分析與ABAQUS有限元仿真分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)出了形狀記憶復(fù)合材料片層的基本尺寸。之后又利用類似的方法，設(shè)計(jì)并制作出了一系列智能鉸鏈原理樣機(jī)，并通過(guò)智能鉸鏈的展開(kāi)測(cè)試探討了相關(guān)設(shè)計(jì)方案的可行性。
　　在基于智能鉸鏈單元的空間可展開(kāi)天線方面，本文分別從可展開(kāi)天線的運(yùn)動(dòng)

4、學(xué)分析與動(dòng)力學(xué)分析入手，一方面在運(yùn)動(dòng)學(xué)建模分析中，通過(guò)對(duì)空間可展開(kāi)天線建立運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型，構(gòu)建出各個(gè)天線基板質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并利用ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)，仿真模擬出各個(gè)天線基板質(zhì)心的基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨展開(kāi)時(shí)間的曲線。另一方面在動(dòng)力學(xué)分析中，基于條形傳遞函數(shù)半解析法建立了可展開(kāi)天線的動(dòng)力學(xué)解析模型，隨后利用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)基于智能鉸鏈單元的可展開(kāi)天線進(jìn)行了模態(tài)分析，并獲得了可展開(kāi)天線的模態(tài)特性。最后通過(guò)懸掛法進(jìn)行的空間微重力環(huán)境