空間充氣展開可剛化網(wǎng)架管設計與分析研究.pdf

1、近年來,隨著空間技術的迅猛發(fā)展,對大型、超輕質量充氣展開空間結構的需求越來越迫切。充氣結構以其收藏體積小、展開可靠性高和質量輕等優(yōu)點,成為近幾十年來重點研究對象。
　　本文針對一種充氣展開可剛化網(wǎng)架管的結構設計及應用問題開展研究,主要包括支撐管的靜、動態(tài)力學性能研究;支撐管在空間不同軌道位置熱變形分析;以及剛化前后支撐管的振動特性分析。
　　空間充氣展開可剛化網(wǎng)架管內層為充氣薄膜管,用來充氣展開整個結構,外層為可熱固化繩構成

2、的網(wǎng)架結構。通過屈曲分析以及靜力學分析,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)架管的剛度和極限載荷與繩的纏繞角度、結構的長徑比相關。材料的各向異性對網(wǎng)架管的極限載荷沒有明顯影響。對網(wǎng)架管的剛度和軸向承壓極限載荷進行數(shù)值模型分析得到的結果與實驗結果吻合很好。實驗測試結果表明,復合材料繩固化后較固化前的彎曲彈性模量提高了兩個數(shù)量級,所以網(wǎng)架管剛化后承載能力較高。
　　建立了空間熱環(huán)境條件下網(wǎng)架管熱分析有限元模型。分析表明網(wǎng)架管在軌道各個位置上溫度分布差異較大。在進入

3、地球陰影區(qū)前網(wǎng)架管的溫差最大,在與日地連線成60°位置網(wǎng)架管的溫差最小;網(wǎng)架管在太陽直射區(qū)域以及太陽和地球熱輻射重疊區(qū)域平均溫度最高,無輻射區(qū)平均溫度最低;網(wǎng)架管的熱變形非常小,對網(wǎng)架管的極限載荷沒有明顯影響,但是在溫度梯度較大的位置和復合材料繩交叉點位置附近熱變形相對較大。
　　通過對網(wǎng)架管固有頻率的分析,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)架管剛化后的各階固有頻率都比剛化前高,而且隨著復合材料繩的纏繞角度的增加前兩階固有頻率單調下降,隨著長徑比的增大網(wǎng)架管