空間充氣展開可剛化網(wǎng)架管設(shè)計與分析研究.pdf

1、近年來,隨著空間技術(shù)的迅猛發(fā)展,對大型、超輕質(zhì)量充氣展開空間結(jié)構(gòu)的需求越來越迫切。充氣結(jié)構(gòu)以其收藏體積小、展開可靠性高和質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用問題開展研究,主要包括支撐管的靜、動態(tài)力學(xué)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(nèi)層為充氣薄膜管,用來充氣展開整個結(jié)構(gòu),外層為可熱固化繩構(gòu)成

2、的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。通過屈曲分析以及靜力學(xué)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(jié)構(gòu)的長徑比相關(guān)。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(jié)果與實驗結(jié)果吻合很好。實驗測試結(jié)果表明,復(fù)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(fù)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(fù)合材料繩的纏繞角度的增加前兩階固有頻率單調(diào)下降,隨著長徑比的增大網(wǎng)架管