索强化剪式铰机构力学性能研究

剪式铰机构的开合过程易于控制,为可展结构的一个重要分支。基于剪式铰的可展结构展开成形后,由于剪式铰单元杆件间的相对转动特性使得结构刚度较低,在受力时表现出较强的几何非线性。为增强基于剪式铰的可展结构的刚度,该文采用索来强化剪式铰机构。该文推导了规则的索强化剪式铰单元的轴向刚度和抗弯刚度计算公式,揭示了索强化剪式铰单元承载能力和单元组成构件的相关关系,给出了有限质点法计算框架下的索强化剪式铰机构的计算分析方法,并对一个典型索强化剪式铰拱的受力性能和断索行为进行了分析。研究结果表明:索强化后的剪式铰机构在不影响机构可展性的同时提高了机构的刚度和承载能力。

复杂剪式铰结构的几何分析和设计

本文分析了常见的一维和二维剪式铰结构的几何特点和可展条件，阐述了复杂剪式铰结构的设计方法和设计原则。以抛物面壳为例，介绍了用节点坐标为未知量分析复杂剪式铰结构几何问题的方法和几何设计的步骤。求解几何问题时，文中给出了简化迭代法。

基于VFIFE法的剪式铰结构建模研究

剪式铰杆系结构在宇航领域有着广泛的应用,众多学者进行了深入研究。对剪式铰结构的展开过程分析非常重要,传统的分析方法是采用多体动力学。研究基于向量式有限元法(VFIFE)基本理论,分别建立剪式铰结构的柔性杆模型和刚性杆模型。根据强制几何约束,提出剪式铰结构的刚性杆建模方法,并推导内力计算。对柔性杆建模方法,根据位移一致原则,推导内力计算。根据理论模型,针对某一剪式铰杆系结构,进行展开过程模拟,对展开位置误差、展开时间和展开速度进行分析。研究结果表明,刚性杆和柔性杆模型均能顺利模拟展开过程,二者模型计算结果存在微小的误差。柔性杆模型特征点展开速度小于刚性杆模型展开速度,但柔性杆模型展开时间大于刚性杆模型展开时间。

弹簧驱动的剪式铰可展开天线设计与分析

空间可展开天线是现代卫星通信、地球观测、深空探测等航天和国防领域的关键设备之一,现正朝着高频段、高增益、高精度与大口径的方向发展。剪式铰可展开天线在周边桁架天线的基础上,结合张拉整体结构的特性设计而成,使用弹簧驱动的剪式铰结构形成自驱动展开结构。对其结构设计原理、不同口径下形面精度以及展开过程运动性能的研究和分析表明,该天线收拢体积小、形面精度高、质量轻,可用于制作大口径、高精度的空间可展开天线。

剪式铰可展开圆环设计、仿真与试验

随着航天技术的迅猛发展,航天设备的尺寸也越来越大,以至于很多航天设备难以装入运载器的包络内。而可展开结构是克服内包络限制的有效手段,剪式铰作为一种传统的可展开单元,通过设计可形成多种可展开结构,具有广阔的应用前景。但剪式铰可展开结构往往零件众多,采用传统有限元计算模态往往需要大量的时间无法快速迭代,等效刚度法是一种快速的计算方法。文章针对空间相机遮光罩设计了一种可展开圆环结构,采用等效刚度法计算了其一阶基频,并进行了试验验证。结果表明采用等效刚度法能大大减小有限元网格规模和复杂程度,能够实现快速设计迭代,且计算精度在4%以内。

空间可展剪式铰结构综述

空间可展结构是一种新型的工程结构,由于具备使用时可展开、不使用时可折叠收起或由部分刚体移动产生整体结构变形等特性,空间可展结构在临时性建筑及军工建筑中越来越得到重视,具有广泛的发展前景。文章从可展结构概念出发,简述可展结构在建筑工程中的发展历史;着重分析可展结构中的剪式铰单元结构的形成机理;对剪式铰可展结构进行分类;并总结几种空间可展剪式铰结构的几何外形;最后归纳了可展结构的发展前景和亟待解决的问题。

过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构设计与分析

基于过约束剪铰式机构单元,构造了一种过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构,分析了双层周边桁架机构的构型机理及过约束特征,对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个闭环可展开机构单元;考虑节点连接件的尺寸,推导出了过约束剪铰式双层周边桁架机构的组合条件,基于反螺旋理论分析了闭环可展开机构单元的自由度及运动形式,结果得到了其只有一个收展运动自由度,进而分析得到了整体双层周边桁架可展天线机构整体亦只有一个自由度,最后建立了过约束剪铰式双层周边桁架可展机构的仿真模型,模拟了整个机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。本文提出的过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构具有单自由度以及高刚度的特点,在深空探测领域具有较好的应用前景。

剪式铰单元单肢的3节点平面梁单元模型

针对剪式铰单元的单肢,建立了平面3节点梁单元模型。首先根据Lagrange插值理论建立了3节点梁单元的位移场,其中用二阶多项式表示梁单元的轴向位移场,五次多项式表示梁单元的横向位移场,然后根据有限元理论推导出了3节点梁单元的线性刚度矩阵。通过改变剪式铰单元中间节点的位置,可以得到不同情况下的单元线性刚度矩阵。最后通过算例验证了3节点梁单元的计算正确性,为更复杂剪式可展结构的有限元计算提供了理论基础。

一种单兵雷达可展结构的误差分析

文章对一种单兵雷达可展结构进行了运动过程的误差分析。首先,将单兵雷达可展结构中销接孔与销钉的间隙转化为剪式单元长度的变化,随后推导了可展结构中线阵天线的位置变化与剪式单元长度的关系式,进而得到线阵天线位置与原来位置的偏差,最后通过单元误差累加得出整体结构中线阵天线位置与原来位置的偏差。分析结果表明:销接误差的存在对于线阵天线位置的偏离有一定的影响,在误差累加之后,偏移量较大。

复环桁架可展天线设计与力学分析

为了实现更大口径的展开天线,现有的单环周边桁架天线容易出现面外刚度不够,有必要进行改进。利用剪式铰展开单元,提出复环桁架天线结构方案,与已有的方案进行设计参数和工程可实现性比较。推导了剪式铰展开单元的刚度矩阵,进行剪式铰桁架天线结构的力学分析。利用广义逆矩阵理论,提出了一种切实有效的数学算法并构造了约束方程及其雅可比矩阵,能够有效地跟踪大型可展杆系结构的复杂运动。进行剪式铰桁架天线的展开过程分析,验证了其可展开性。