论文部分内容阅读
空间展开机构的概念由美国航空航天局(NASA)于20世纪60年代率先提出,它是随着科学技术的诞生且不断发展的一种新型结构,主要组件包括低副可动机构、驱动部件和控制器。国内外对于空间展开机构中簧片式展开结构的在折叠过程中的强度和刚度的研究较多,本论文从负泊松比具有的质量轻,比强度大等优点,从空间展开机构中的运用出发,在满足结构应力约束的情况下对结构的展开驱动性能进行研究,提高空间展开结构的使用性、可靠性和稳定性,为空间展开结构进一步轻量化设计提供依据。本文主要对添加正弦曲线的负泊松比蜂窝结构、星形负泊松比蜂窝结构、箭形负泊松比蜂窝结构三种负泊松比蜂窝结构在空间展开机构的应用进行了研究,利用三维建模软件Solid Works及有限元软件ABAQUS模拟了空间展开机构的正反向折叠弯曲过程。通过稳态弯矩、临界弯矩、应变能等指标评价模型的优越性。主要研究内容包括如下几个方面:1.对普通弹簧钢圆柱壳结构进行了理论分析计算,建立的有限元模型,与理论结果进行了对比。2.对添加正弦曲线的负泊松比蜂窝结构、星形负泊松比蜂窝结构、箭形负泊松比蜂窝结构在空间展开机构中的使用进行了探究,通过比较三种蜂窝结构的圆柱壳在正反向折叠弯曲过程中的稳态弯矩、临界弯矩、应变能,并与普通弹簧钢圆柱壳相应的值进行对比,结果表明添加正弦曲线的负泊松比蜂窝结构相比其他两种负泊松比蜂窝结构,在力学性能上更为优越,能够以较轻的质量,达到普通弹簧钢圆柱壳的性能。3.通过改变模型的厚度,建立了不同结构的有限元模型,结果表明,随着厚度的增加,模型的稳态弯矩也相应增大,与指数函数的增长方式类似。通过改变截面的半径,建立不同结构的有限元模型。有限元分析结果显示,随着半径增大,稳态弯矩也相应增大,临界弯矩的改变与半径无关,其中箭形蜂窝结构在半径35mm增加到40mm时,弯矩改变相比于其它模型改变较大,这是由于35mm时蜂窝结构只有3组,而40mm时,蜂窝结构数量变为4组,使得结构的性能增强。4.负泊松比蜂窝结构在正向折叠弯曲过程中在中部区域附近出现波动现象,导致弯矩发生突变,而反向折叠过程并无此现象。