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试验薄壁管状空间伸展臂收展数值模拟和试验

收藏本文 2024-03-01 点赞:14706 浏览:60456 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:空间伸展臂是最基本的一类空间展开折叠结构,是探讨开发大型空间可展结构系统的基础,目前探讨与运用十分活跃。薄壁管状空间伸展臂通过地面收拢存储弹性应变能,在轨应变能逐渐释放形状回弹,恢复其初始形态,最后完成展开直至稳定状态,具有收展机构简单、质轻、展开可靠性高等优点。美国、俄罗斯等以二十世纪六十年代就已开始探讨并成功运用。我国以上世纪九十年代初开始了空间可展开结构技术探讨,开展了一些伸展臂的新概念探讨、浅析论述与工程样机探讨等。本论文围绕薄壁管状伸展臂的收展历程,进行力学性能浅析和试验探讨,主要包括薄壁管拉扁历程浅析、薄壁管压扁历程浅析、薄壁管拉扁历程试验、薄壁管压扁历程试验、试验与数值模拟结果比较浅析及薄壁管伸展臂两种不同收展历程浅析。首先,根据薄壁管段拉扁和压扁机理,给出薄壁管段拉扁、压扁历程数值浅析策略,深入比较浅析了各力学性能变化规律,包括针对拉扁机构建立拉扁的模拟策略,拉扁和压扁历程应力、应变和载荷-位移变化规律。其次,进行了薄壁管拉扁和压扁历程试验,并与数值模拟结果进行比较浅析。给出了详细的试验案例,通过对试验测试结果与计算浅析结果的比较浅析,得出第二章中的模拟浅析策略可靠,可以得到复合材料各层的应力、应变变化规律,证明拉扁和压扁都是大位移小应变历程。同时,拉扁和压扁历程中薄壁管段应力、应变及载荷-位移都有相似变化规律,反映了薄壁管段的相似特性。最后,采取显示动力积分法,对薄壁管伸展臂的两种不同收展历程进行了数值模拟浅析。通过浅析两种收展历程中复合材料各层的应力、应变和能量变化规律,并对两种不同收展历程各力学特性进行比较,得到两种收展历程中等效应力、剪应力、能量都有相似变化规律,在薄壁管截面设计时主要考虑沿纤维向应力。关键词:空间伸展臂论文透镜式薄壁管论文压扁试验论文拉扁试验论文显式动力法论文碳纤维增强环氧树脂复合材料论文收展历程论文

    摘要3-5

    ABSTRACT5-10

    第一章 绪论10-16

    1.1 引言10-12

    1.1.1 空间可展结构定义与工作原理10-11

    1.1.2 空间伸展臂及探讨近况11-12

    1.2 薄壁管状伸展臂12-15

    1.2.1 国外管状伸展臂探讨与运用12-14

    1.2.2 国内管状伸展臂探讨与运用14-15

    1.3 本论文主要探讨内容15-16

    第二章 空间可展透镜式薄壁管拉扁/压扁历程浅析16-30

    2.1 引言16

    2.2 有限元策略与原理16-20

    2.2.1 大变形几何非线性不足应力和应变的度量17-18

    2.2.2 大变形几何非线性有限元方程的建立与求解18-19

    2.2.3 有限元方程的求解19-20

    2.3 薄壁管压扁机理20

    2.4 薄壁管压扁模拟浅析20-25

    2.4.1 几何模型及材料参数20-22

    2.4.2 有限元数值模拟结果浅析22-25

    2.5 薄壁管拉扁机理25

    2.6 薄壁管拉扁模拟浅析25-29

    2.6.1 薄壁管几何模型25-26

    2.6.2 有限元数值模拟结果浅析26-29

    2.7 本章小结29-30

    第三章 空间可展透镜式薄壁管拉扁/压扁试验及比较浅析30-51

    3.1 引言30

    3.2 压扁试验及结果30-33

    3.3 压扁试验与计算结果比较浅析33-41

    3.3.1 数值计算模型33-34

    3.3.2 数值计算结果浅析34-38

    3.3.3 比较浅析38-41

    3.4 拉扁试验及结果41-44

    3.5 拉扁试验与计算结果比较浅析44-50

    3.5.1 数值计算模型44

    3.5.2 数值计算结果浅析44-48

    3.5.3 比较浅析48-50

    3.6 本章小结50-51

    第四章 空间可展透镜式薄壁管收展历程浅析51-74

    4.1 引言51

    4.2 显示动力积分算法51-55

    4.2.1 显式积分算法原理51-54

    4.2.2 显式算法接触非线性54-55

    4.3 卷轴固定薄壁管收展历程数值模拟浅析55-60

    4.3.1 收展机理55-56

    4.3.2 有限元浅析模型及步骤56-57

    4.3.3 有限元计算结果浅析57-60

    4.4 卷轴自由薄壁管收展历程数值模拟浅析60-65

    4.4.1 收展机理和难点浅析60-61

    4.4.2 有限元浅析模型及步骤61-62

    4.4.3 有限元计算结果浅析62-65

    4.5 薄壁管框架薄膜阵面收展模拟浅析65-73

    4.5.1 三维几何模型65

    4.5.2 材料参数65-66

    4.5.3 三维有限元模型66

    4.5.4 浅析历程及结果66-73

    4.6 本章小结73-74

    第五章 结论和展望74-76

    5.1 总结74-75

    5.2 展望75-76

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