基于豆荚杆的三棱柱式可展开薄膜支撑臂设计与优化

大型可展开支撑臂具有广泛应用于空间任务的潜力,传统的可展开支撑臂主要采用的是合金材料,而可展开豆荚杆作为一种轻型复合材料会大大降低空间结构整体质量。结合薄膜天线的应用背景,提出一种基于豆荚杆的三棱柱式可展开薄膜支撑臂形式,并进行设计与优化。建立豆荚杆支撑臂的参数化模型,分析豆荚杆刚度参数与几何参数的关系,根据支撑臂设计目标函数分析选择豆荚杆截面参数。研究三棱柱式豆荚杆支撑臂动力学优化模型,对支撑臂单元数、框架管外径和厚度、斜拉索直径和预应力等进行优化设计,实现薄膜支撑臂最小质量基频比。分析绳索预应力和单元数量的优化结果,研究参数优化对支撑臂力学性能的提高作用。     

具两奇异端点的J-对称微分算子的J-自伴域

研究了J-对称微分算式τ(y)在两端奇异且亏指数不相等时J-自伴扩张的边条件问题.利用J-对称微分算式生成的最大算子域的构造定理,得到了在(-∞,∞)上J-对称微分算子的J-自伴域边条件的解析描述,并给出了几种特殊亏指数的J-自伴域的完全描述,进一步完善了J-自伴域的边条件理论.     

大型平面薄膜天线找形及张拉成形数值分析

大型平面薄膜天线具有质量轻、收纳比高、环境适应性好等优点,在航天领域受到了愈加广泛的关注。针对一大型平面薄膜天线结构,考虑一级张拉与二级张拉两种张拉系统,利用ANSYS有限元软件对该薄膜天线进行了找形分析,并分别推导了两种张拉系统计算薄膜花边索形状的理论公式。利用找形分析的结果,在ABAQUS软件中建立了张拉成型分析模型,探究在张拉过程中,考虑拉索和花边索套之间摩擦力的情况下,膜面和拉索的应力状态。研究结果表明,在考虑摩擦力的情况下,膜面应力会有所增大,与此同时,膜面应力也变得不均匀,摩擦因数越大,应力不均匀程度越大。对于二级张拉系统,由于内外索连接点附近的膜面产生了应力集中现象,使膜面的有效面积率低于采用一级张拉系统时膜面的有效面积率。     

空间伸展结构变形与振动分布式光纤监测研究

空间伸展结构是一种最基本的可展开折叠单元,广泛应用于大型展开天线、太阳帆板以及空间机械臂等航天领域,针对此类结构服役状态的智能辨识对于目前开展高轨深空探测研究具有重要意义。为此,提出一种基于准分布式光纤传感器的空间伸展结构变形与振动实时监测技术。借助MSC.Patran/Nastran有限元分析方法,数值模拟得到碳纤维复合材料柔性空间伸展结构在不同载荷作用下的应变、位移响应规律以及振动模态特征。分别研究了基于曲率和弧长信息曲线重构的结构变形反演算法,光纤光栅中心波长偏移量与振动特征关系解析模型,计算得到空间伸展结构沿展开方向不同位置的坐标信息。在此基础上,通过在柔性复合材料伸展结构展向布设离散光纤光栅传感器,实时采集应变分布与变化信息,进而推导相应位置曲率特征,实现不同加载模式下的伸展结构形态重构,变形反演相对误差约为2.5%。此外,借助准分布式光纤传感器不仅可以得到伸展结构对应的变形实时响应曲线,同时还能够获取其前三阶固有模态和振型特征,所测频率与仿真结果吻合度较好,平均误差约为0.67%。研究结果表明,所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来及时准确获取空间伸展结构姿态,实现空间形态自适应调节与在轨振动主动控制提供有力保障。     

模块化桁架机构动力源的设计和优化方法

模块化桁架机构其动力源系统由于需兼顾多自由度、最简原则、可扩展性和空间环境,需要在应用中进行优化设计。本文针对一种模块化的多自由度空间可展开桁架机构,分析了模块化机构特性,包括单模块机构自由度和多模块机构组合特性,具体介绍了动力源的设计过程和优化方法,基于动力学虚拟样机技术进行了有源动力源与无源动力源的参数匹配性优化设计,提高了模块化机构的展开动力学特性和稳定性,降低了对主动动力源的功率需求。     

深海管道法兰连接机具的设计与仿真分析

深海管道法兰连接机具是一种应用于深水回接的特种机具,可以完成远程操控的法兰连接作业.随着海洋石油逐渐走向深水,机具的研制将大大提高我国深水回接技术水平.设计了深海管道法兰连接机具总体结构,阐明了其工作原理,设计了机具的关键部件,即拉伸拧紧机构,其利用拉伸拧紧方式实现法兰的螺栓连接.建立了机具运动学模型,对机具的工作过程进行了数学描述,为进一步研究液压控制系统提供了理论依据.同时对机具进行了基于ADAMS的多体动力学仿真研究,验证了机构的合理性.     

水环境中有机滤光剂的光降解研究进展

综述了水环境中有机滤光剂的光降解行为,着重阐述了其光降解动力学、光降解过程的影响因素、降解产物及其毒性以及可能的降解途径和机理。建议未来应加强对复杂水体因素影响规律和光解产物生态毒理学效应等方面的研究。     

大型空间薄膜遮阳罩折展构型设计与分析

将折纸技术应用于空间薄膜结构构型设计并在展开全过程进行应力优化,设计折纸型充气管结构组合使用,完成大型空间薄膜遮阳罩折展构型设计。基于光学系统遮阳需求,采用杆系等效方法分析了两种薄膜折痕方案折展过程中的应力改变水平,并进行了遮阳罩薄膜结构的参数设计。考虑到充气管与薄膜结构的点连接和同步折展问题,采用单顶点六折痕模式改进了传统的Z字型充气管设计方案并进行了通气性能分析。采用ANSYS/LS-DYNA仿真计算了薄膜结构和充气管结构的展开全过程,并进行了应力水平和气压分析,最终通过样机模型进行了展开试验验证。结果表明,组合采用改进薄膜折痕方案和改进Z字型充气管方案,大型空间薄膜遮阳罩的展开路径明确,收纳比高且不会造成遮阳薄膜损伤。     

平面薄膜结构耦合动力学特性研究与无量纲分析EI北大核心CSCD

利用固定界面的模态综合法建立了平面薄膜结构耦合动力学模型,精确得到了薄膜结构发生耦合振动的临界条件,分析了其耦合动力学特性。结果表明,与薄膜结构耦合基频有关的参数主要有薄膜预应力、框架弹性模量、截面惯性矩、长宽比、边长、框架横截面积、框架密度、薄膜密度和薄膜厚度。当薄膜预应力小于临界值时,薄膜结构的振动由薄膜来主导,当薄膜预应力大于临界值时,薄膜与框架发生耦合振动,此时薄膜结构的振动特性由薄膜与框架共同影响,并且随着薄膜预应力的增大,薄膜与框架发生耦合振动的阶数也随之增多并会出现振型顺序后移的现象。对薄膜结构的动力学特性进行了无量纲分析,推导了薄膜结构的小尺寸模型和大尺寸实物之间的相似准则。     

空间柔性阵列天线薄膜阵面制造技术研究

简要阐述了空间柔性天线的进展，分析了空间柔性天线薄膜阵面制造关键技术。研究了薄膜阵面电磁波传输金属薄膜制备技术、薄膜阵面图形化制造技术、薄膜阵面拼接用材料评价、薄膜阵面的裁切技术等。采用磁控溅射技术，通过溅射功率、走带张力、走带速度的调节，在有机柔性薄膜基材上镀制了不同厚度的金属铜膜，实现了有机柔性薄膜基材的表面金属化；利用飞秒激光刻蚀精度高，不损伤柔性薄膜基材的特点，获得了图形化的金属薄膜阵面单元；对3M92号胶带与改性聚酰亚胺胶接材料的拼接强度与耐高低温性能进行了试验对比，发现改性聚酰亚胺胶接材料的强度与耐高低温性能更好，更适合薄膜阵面的拼接；对比了用纳秒激光和飞秒激光裁切的薄膜微观形貌，结果表明，用飞秒激光裁切的切面光滑，无烧蚀与毛刺，适合于高精度薄膜阵面的制造。研究为空间柔性阵列薄膜天线的制造提供了大量的基础数据。