空间索杆铰接式伸展臂参数设计与精度测量

结合空间索杆铰接式伸展臂在航天工程中的应用,基于伸展臂从航天器伸出且前端支撑负载的在轨工作状态,运用欧拉梁理论建立了悬臂式伸展臂理论分析模型。分析了工作状态下伸展臂与负载系统的固有频率和根部弯曲强度,提出了基于伸展臂固有频率限制和根部弯矩限制的伸展臂参数设计方法。通过算例分析了伸展臂线密度、半径、纵杆截面面积等主要设计参数与伸展臂固有频率和根部弯矩之间的关系。研制了伸展臂原理样机,其弯曲刚度和抗弯强度分别为0.388 MN.m2和562.12 N.m,验证了伸展臂具有较高的刚度和强度。对伸展臂物理样机的地面重复展开定位精度进行了测量实验,其轴向、水平、竖直方向上的重复展开精度分别为0.127 mm、0.645 mm和0.588 mm,证明了伸展臂具有较高的重复展开定位精度。     

空间索杆铰接式伸展臂动态故障树建模及其可靠性评估

由于空间索杆铰接式展臂伸机构复杂,部分失效过程出现动态特性,如冗余备份以及功能相关性等,故采用基于离散时间贝叶斯网络的动态故障树分析方法对伸展臂系统进行可靠性评估。首先分析逻辑门向离散时间贝叶斯网络的转化方法,建立逻辑门的贝叶斯网络模型以及相关事件的条件概率分布。根据上述转换原理,将空间索杆铰接式伸展臂的动态故障树转化为对应的离散时间贝叶斯网络模型,最后利用贝叶斯网络推理计算伸展臂系统的失效概率以及各失效模式的后验概率,实现对其可靠性的评估。     

周期性弧形凸起凹凸板等效刚度的研究

根据构造正交各向异性周期性凸起结构凹凸板,研究了弧形凸起凹凸板的等效刚度。利用经典弹性薄板理论和板结构在宏观上周期性均匀化分布特性,推导出弧形凸起凹凸板等效刚度的解析公式。通过有限元数值分析模拟出集中载荷下四边简支弧形凸起凹凸板的数值结果,再与解析方法所求的计算结果对比,验证了等效刚度的合理性和精确性。然后利用本文解析方法计算出四边简支下弧形凸起凹凸板的固有频率,计算结果与有限元模拟结果一致,再次验证了刚度等效解析方法的正确性。提出的新方法能够较精确的计算出此类周期性凸起结构板的等效刚度,并具有直观简洁的优点,可以根据典型单元的几何参数直接计算,提高了求解效率。研究结果对其他类型周期性凸起凹凸板的静动力学进一步研究以及实际工程应用奠定了基础。     

高精度FA针摆传动动力学建模及系统刚度研究

分析高精度FA传动的运动原理及结构特点,建立高精度FA传动的系统动力学模型。根据拉格朗日方程推导出系统的运动微分方程。推导各主要部件的当量质量及啮合刚度,将求得的当量质量、刚度组成质量矩阵和刚度矩阵,进而求解振动方程得到系统的固有频率,同时探讨了各主要部件的参数对系统固有频率的影响。     

空间太阳能电站大折展比体展开桁架机构

发展空间太阳能电站技术具有极其重要的战略意义,受运载火箭运输能力的限制,提出了一种可实现三维体展开的桁架机构作为空间太阳能电站的主结构。通过多方案对比分析,构建了可展桁架基本组成单元,在确定了驱动原理的基础上,进行了可展桁架运动学分析,验证了驱动方案的可行性。基于能量相等原理,建立了桁架连续梁等效模型,分析了运动学特性,并进行了参数优选。最后,研制了缩比原理样机,进行了展开试验、刚度测试试验及动力学试验。结果表明,该可展桁架具有较大的折展比及较轻的质量,铰链间隙是影响系统刚度的关键因素。     

空间可展开三棱柱伸展臂设计与优化

空间伸展臂作为空间折展机构中形式最丰富、研究最早、应用最广泛的一维空间折展机构,其主要作用是展开柔性太阳能帆板,支撑网状天线、合成孔径雷达、太空望远镜等。以三棱柱式伸展臂为研究对象,对伸展臂的展开方式和几何参数进行设计分析。基于几何非线性有限元理论,建立含空间桁架及预应力绳索的可展开伸展臂单元模型,然后建立含多可展开单元的大型伸展臂的几何非线性动力学模型。通过Matlab编程计算伸展臂的基频,得到影响伸展臂基频的关键因素,并以伸展臂的基频为优化目标,质量为约束条件,采用遗传算法对伸展臂进行优化设计。研制可展开三棱柱伸展臂样机,对伸展臂进行折展功能及参数优化设计验证试验。结果表明所设计的三棱柱伸展臂可顺利折展,所做的优化设计有效可行。通过该方法可以对特定任务需要的伸展臂进行优化设计,在满足约束条件的情况下,达到基频最高,对伸展臂的设计提供参考。     

大口径索肋张拉式折展天线索网结构动力学特性分析

索网结构是空间可展开网面天线的关键组成部分。为了更好地研究索网结构的动力学特性,首先介绍大口径索肋张拉式折展天线的系统组成。基于索网结构的节点分布规律,通过节点坐标矩阵和构件连接矩阵,建立该折展天线索网结构的参数化数学模型。在此基础上,针对索网结构的几何非线性特征,采用非线性有限元法推导索网结构的整体切线刚度矩阵及质量矩阵,建立索网结构的非线性动力学模型。并通过特征值分解,得到索网结构的前六阶固有频率和振型。该方法适用于任意预应力索网结构和索-杆结构的非线性建模和求解。此外,基于动力学模型,分析结构参数对索网结构刚度的影响规律,计算各参数的频率敏感度,得出提高索网结构刚度的有效方法。     

基于模糊因子法的模糊智能桁架结构动力特性分析

研究了模糊参数压电智能桁架结构的动力特性分析问题。在压电主动杆和被动杆的物理参数和几何尺寸 同时具有模糊性时,利用模糊因子法建立了结构刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的瑞利商表达式出发,利用区间 运算推导出结构特征值模糊变量的计算表达式。通过算例分析了模糊智能桁架结构参数的模糊性对其动力特性的 影响,并验证了本文方法的合理性与可行性。     

某塔架摆杆系统水平杆动力学建模与分析

综合运用刚度等效原理、质量等效原理等思想将水平杆处理成等效连续介质模型。在该模型的基础上运用有限段离散时间传递矩阵法对水平杆进行动力学计算,计算结果与试验结果基本吻合,验证了等效模型的实用性和有限段离散时间传递矩阵法在水平杆动力学分析中的可行性。     

组合柔性机械臂动力学模型参数识别

将柔性机械臂做成组合结构,利用结合面摩擦效应抑制柔性机械臂的振动。用单根叠层组合柔性臂与实体柔性臂的自由振动对比试验验证组合柔性臂具有优良的抑振性能。用弹簧摩擦副双折线模型和三次非线性弹性力模型建立组合柔性臂的动力学模型。根据组合柔性臂有限元仿真激振试验数据,确定组合柔性臂的形函数和动态恢复力滞迟回线。用动能等效原理、滞迟回线分解法和最小二乘法确定组合柔性臂的动力学模型参数。在Simulink平台上,编制弹簧摩擦副恢复力计算模块,解决含有记忆环节的柔性臂非线性微分方程的数值求解问题。经试验验证,用该模型参数识别方法确定的动力学模型能较准确地反映组合柔性机械臂的动力学性质,为组合柔性机械臂动力学建模、减振性设计提供有效方法。