索杆式伸展臂系统的实验分析

为了验证索杆式伸展臂高精度、高刚性的特点,制作了一类索杆式伸展臂模型,并设计了相应的实验所需的零重力环境模拟设备。简单介绍了该类型索杆式伸展臂模型的结构和驱动设计,重点分析了其重复展开精度实验和模态实验。重复展开精度实验验证了该类型索杆式伸展臂高精度的特点;在验证了零重力环境模拟设备对伸展臂模态实验可行性的基础上,对伸展臂模型进行了模态实验.通过实验模态频率和计算模态频率的比较,验证了该类型索杆式伸展臂高刚性的特点。     

盘绕式伸展臂收纳过程理论分析与数值模拟

盘绕式伸展臂在收纳过程中的力学行为决定其展开性能,收纳过程是否顺利是工程设计的关键问题,这取决于纵杆和三角框的刚度关系。盘绕臂收纳过程中纵杆和三角框均体现出大转动、大变形的特性,三角框还体现大挠度后屈曲特性。该文采用势能驻值原理及几何精确理论建立三角框的后屈曲列式,计算出三角框的后屈曲刚度,基于势能驻值原理推导出盘绕臂收纳过程中通长纵杆的平衡方程以及保证稳定平衡的最小三角框屈曲后刚度,并得出盘绕臂设计使用的参考公式;为验证参考公式的正确性以及对收纳全程进行精确计算,采用自适应弧长迭代,基于增量有限元法模拟了盘绕臂收纳全过程,得到收纳过程中结构应力-应变及能量变化;通过对解析解和数值解在平衡方程、自由端高度、最小三角框刚度、能量守恒等关键参数的计算结果进行对比来相互论证计算的正确性。该文推导的解析公式与增量有限元法的精确模拟可相互补充,共同服务于盘绕臂设计中的参数选定和收展控制。     

一种新型展开／折叠式空间伸展臂结构方案的设计研究

本文简要介绍了一种新型展开／折叠式的空间伸展臂一连杆机构驱动伸展臂,并进行了设计、控制和力学等方面的分析,说明了本结构在伸展结构领域将有广阔的应用前景。     

基于悬吊法和气浮法的多自由度微重力模拟展开试验系统研究

为满足三维空间展开机械臂在进行地面微重力模拟展开试验时对多维度、多自由度、高精度展开轨迹和高卸载效率的要求,通过对当前成熟的微重力模拟展开试验方法进行分析总结,设计了一种基于悬吊法和气浮法的多自由度微重力模拟展开试验系统。首先,对所设计的多自由度微重力模拟展开试验系统进行结构设计和原理分析;然后,将多自由度微重力模拟展开试验系统应用于某三维空间展开机械臂的三维轨迹微重力模拟展开试验。结果表明该三维空间展开机械臂展开过程稳定可靠,且微重力模拟展开试验系统对机械臂产生的气浮运动摩擦阻力、垂直方向阻力波动量和展开方向附加阻力均很小,卸载效率高于95%,满足高精度和高卸载效率的展开要求。研究结果可为多自由度空间可展开机构地面模拟展开试验系统的深入研究提供一定的参考。     

铰接盘绕式空间伸展臂屈曲分析理论研究

首先介绍了铰接式可展空间伸展臂设计构造、受力特点与展开折叠机理,然后根据弹性稳定理论与卡氏能量原理,分别推导出局部卷压屈曲和整体螺旋屈曲的临界压力表达式,并据此进行参数特性分析。该文分析理论对铰接式空间伸展臂的设计具有重要指导意义。     

盘绕式伸展臂非线性振动力学分析

盘绕式伸展臂非线性振动特性决定加劲索的预应力取值及航天器的振动控制,采用几何精确理论与屈曲分析理论推导出静力条件下加劲索预应力取值范围,在此范围对盘绕臂的非线性振动进行计算。针对小幅非线性振动,考虑加劲索预应力的加载作用引发P-Δ效应的影响,采用特征值迭代法求解不同预应力下模态及频率,得到使盘绕臂自振频率最大的预应力值,总结出设计用的加劲索"频率-预应力-直径"参考面。针对大幅非线性振动,采用动力时程信号处理法,基于显式动力学积分获取盘绕臂大幅振动时程信号,结合快速傅氏变换(FFT)和随机子空间(SSI/data)两种方法,基于MATLAB平台编制时程信号处理程序,用于提取大幅振动的频率及模态。在动力时程信号中发现加劲索在大幅振动中的高频交替张弛使盘绕臂能量分布迅速达到动态平衡,从而使盘绕臂振幅迅速衰减。最后制作盘绕臂模型进行模态试验,测试的结果与计算结果基本吻合。     

特种起重机伸缩臂振动特性建模分析与试验

为研究某新型特种起重机作业过程中伸缩臂带载伸展时的振动特性,将伸缩臂等效为固定支撑的阶梯式变截面悬臂梁和进行伸展运动的变长度悬臂梁。基于梁振动的微分方程与模态叠加理论建立了伸缩臂带载伸展时臂架振动的数学模型。采用Rayleigh-Ritz法,结合梁的边界条件得到了各级臂振动的固有频率和在等效冲击载荷作用下臂端的坐标响应,进而得到振动位移曲线。对理论结果分析可知,伸缩臂的自身臂架结构和伸展速度是影响臂节振动的主要因素,臂节刚度越小、伸展速度越快,臂架振动位移越大。依托改装后的HIAB-033T型起重臂为试验平台进行试验研究,试验结果与理论结果基本一致,验证了理论分析的正确性。     

大高差轮辐结构研究与应用

针对外环高度变化较大可能引起轮辐结构径向索受压的问题，通过设置刚性撑杆代替部分受压的径向索，解决了采用传统轮辐结构无法成形的难题。推导出轮辐结构的预应力态求解公式，考虑结构自重和索夹重量等的影响，通过反复迭代确定内环各节点的标高，形成索-杆混合结构找形分析方法。对大高差轮辐结构的受力性能进行较为全面的分析，考察了外环高差、径索系杆以及附加环索等参数的影响。计算分析结果表明：大高差轮辐结构在承受长轴方向半跨活荷载和风荷载作用时较为不利，但个别径索或撑杆失效不会引起结构连续倒塌。随着外环高差加大，撑杆数量相应增多，短轴构件及长轴上径索的内力增大，长轴下径索的内力减小。在长度较大的径索中部设置系杆，能够有效地协调上、下径索之间的变形。在长轴附近设置附加环索，可以通过增强相邻径索之间的联系，提高屋面支承结构的竖向刚度。大高差轮辐结构设置刚性撑杆的成形方法已成功应用于厦门新体育中心体育场工程。     

高基础吊装的分析与计算

文章讨论高基础吊装的机具,吊装高度,稳定度等问题.介绍了CC 8800吊车的SFVL工况,主臂带有较短而刚性的飞架,专门用于设备和主臂距离要求较大的情况.     

一种空间可展开的伸缩机构研究

提出了一种基于薄壁开口管的一维空间伸缩机构。介绍了薄壁开口管收拢展开原理,分析了薄壁开口管的截面特性,基于经典层合板理论,推导其双稳态特性的稳定条件,给出了稳态构型点。通过有限元分析,求解出不同直径、张角的开口管的屈曲刚度。提出了摩擦驱动的薄壁开口管展开形式,采用弧面驱动辊子实现与薄壁开口管过渡段的壁面紧密贴合。设计制造了薄壁开口管伸缩机构样机,并开展了试验验证。试验结果表明,该伸展臂可以实现轴向50 N负载下的稳定运动,采用三套伸展臂组件周向均匀布置,同步驱动,实现了可展开遮光罩重力卸载下的展开试验。     

空间可展结构能量节点的设计和动力分析

 设计了一种用于空间可展抛物面天线的能量节点机构,并分析其展开机理,对杆件及其端部的扭簧组成的宏单元的缩减刚度矩阵进行了讨论.结果表明,在结构体系中设置能量节点可显著改善结构的共振性能,证明该设计是可靠、可行的.     

以减轻重量为目标的索网桁架式可展开太空天线结构的优化设计

针对索网桁架式可展开天线的结构特点和性能要求,对其结构初始设计进行了优化研究.选取天线的桁架单元壁厚和索单元半径为设计变量,并对不同类型的设计变量进行了合理的归并,继而以结构重量为优化目标,以表面精度和基频为约束条件,建立了优化设计数学模型.考虑到索网结构有限元分析给计算带来的非线性和复杂性,使用序列二次规划法对模型求解,并给出了相关动力特性的敏度分析.通过算例分析可知,采用上述优化计算方法可以在保证天线工作性能的前提下有效地降低结构的重量,同时由优化迭代过程中约束函数值的变化情况可知,在一定范围内减小桁架单元壁厚和增大索单元半径,可以有效地提高天线表面精度和改善结构动力性能.     

基于增量谐波平衡法的含索铰可折展桁架非线性动力学特性

为了揭示含索铰可折展桁架的非线性动力学行为,建立了考虑铰链间隙、刚度和阻尼及索非线性特性的可折展桁架纯弯曲动力学模型。对非线性动力学方程进行一次泰勒展开和参量的多次谐波描述,实现了非线性动力学方程到代数方程的转化,通过迭代进行非线性动力学系统的响应计算。并利用龙格库塔方法对非线性系统进行数值分析,与增量谐波平衡(IHB)法进行对比,验证了IHB法计算的正确性。以激振频率为变化参数,对悬臂支撑的含索铰桁架结构进行解的稳定性分析,得到铰链间隙、铰链刚度、激振力和索对结构响应稳定性的影响。基于IHB法可快速准确的进行多自由度可折展结构动力学求解,为研究大型折展桁架的动力学行为奠定了基础。     

构架式可展开天线结构设计的程序实现

可展开天线的反射面是通过在可展开背架结构上铺覆金属丝网格薄膜形成的,所以存在一个形面偏差。为了满足给定的形面精度指标,必须预先设计杆的长度、数量以及互成的角度等量值。本程序编制时采用了计算功能强大的Matlab语言,并用C++制作界面。计算结果具有很高的实用价值。     

单层平面索网结构非线性频率简化计算方法研究

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其挠度较大,结构具有较高的几何非线性,其动力特点不同于传统的线性结构。采用连续化薄膜理论建立了单索幕墙的非线性振动方程,并采用谐波平衡法求解了结构非线性频率的解析表达式,为校核解析公式的正确性,将其计算结果同精确的有限元非线性时程方法的计算结果进行了比较,吻合很好,该解析公式具有相当高的精度。同时指出结构位移为3/2结构振幅位置处的刚度即为单索幕墙结构的等效线性刚度,采用该等效线性刚度即可得到上述非线性频率的解析表达式。此外得到的结构非线性振动方程和非线性频率为结构在动力荷载下响应的求解提供了基础。     

可展构架式抛物面天线背架模型设计

详细介绍了一种可展构架式抛物面天线的设计思想及过程,从单元分析入手,构造整体结构,由于其展开过程不需要外加的动力,由对角杆中的弹簧驱动就可以完成,空间应用有一定的实用性,所以这种天线有很好的应用前景。     

考虑弹性变形的可展杆系结构展开分析

为了保证空间可展结构可靠运行,在展开过程分析中需同时考虑机构运动和弹性变形。首先建立可展杆系结构展开分析的基础方程式,然后基于广义逆矩阵的理论提出了空间可展杆系结构机构运动与弹性变形的混合分析新方法,解决了机构运动与弹性变形的耦合问题,取得了较好的展开分析精度。与传统的柔性多体动力学方法相比,其优点是建模简单,能够有效地跟踪大型可展杆系结构的复杂运动。编制了仿真程序进行了算例分析,验证了分析方法的有效性。     

可展开天线中索网结构的形态分析与设计

针对可展开天线这一大跨度索梁组合结构体系,提出了一种可以考虑体系中梁单元影响的天线索网结构形态设计方法。该方法将可展开天线中的索网结构划分为具有确定形状要求的内部索网及与刚性外框相连的边界索网两部分。对于内部索网采用平衡矩阵分析法优化计算出索网中各索段的合理预张力值;对于边界索网则通过跟踪其与天线梁单元连接节点在预张力作用下的位置变化来计入天线刚性外框对索网的影响,并通过对形状变化后的索网进行迭代计算来得到各索段的预张力分布值。依据该文方法编制了相应的迭代计算程序,并通过算例分析验证了上述方法的正确性。