空间大型桁架在轨增材制造技术的研究现状与展望

空间桁架作为航天器结构的理想支撑平台,在深空探测、高分辨率对地观测等空间任务中得到了广泛应用。大型化、轻量化是航天器及其空间附属机构的发展趋势,但受地空运载能力与运载成本的约束,现有常规就地制造技术已无法满足大尺寸、高性能、复杂结构件的太空应用需求。在轨增材制造(在轨3D打印)技术可突破常规就地制造瓶颈,解决空间制备难题,实现低成本在轨建设。在轨增材制造是一种在微/零重力作用、高交变温差、强辐射等极端环境条件下的新型制造技术,由于发展时间较短,技术成熟度较低,诸多基础科学问题与关键技术问题尚待解决。空间大型桁架的在轨增材制造不同于传统地面增材制造,是地面增材制造技术的拓展与延伸。目前,在基础研究方面,国内外已开展了空间微重力环境下的熔融沉积成形增材制造试验,验证了微重力环境下熔融沉积增材制造的可行性。在成形装备方面,中、美、欧等国家或联盟均研制了适用于空间站舱内的熔融沉积增材制造样机,而针对空间大型桁架在轨增材制造的舱外装备,尚处于概念设计向工程样机转化的阶段。在成形工艺方面,受限于装备进展,在轨熔融沉积成形工艺性能研究较少;在模拟微重力环境中增材制造方面,针对大尺寸、长轴径比聚合物及其复合材料熔融沉积成形制件的力学性能各向异性,已通过材料改性、层间粘结热调控等方法得到不同程度的改进。本文系统总结了空间大型桁架在轨增材制造技术的发展现状与研究进展。针对在轨熔融沉积成形增材制造,归纳综述了空间微重力影响、在轨成形装备、成形工艺等关键瓶颈技术的研究现状,探讨了空间大型桁架在轨增材制造面临的挑战与发展趋势,为空间大型结构的在轨构建提供了理论基础与技术参考。

考虑权重因子的大型桁架可展开天线可靠性建模方法研究

引入权重因子,提出了考虑权重因子的大型桁架天线可靠性建模方法。权重比例因子用于描述各铰链不同的权重比例及位置权重。对于不能用传统可靠性建模思路及方法来进行建模的大型桁架天线系统是一种新的探索。本文提出的方法也可用于其它相似系统的可靠性建模分析。

大型桁架结构整体建造吊装技术研究

由于海洋平台结构物整体尺寸大,重量重,由于建造现场设备和人力受限,往往存在大量的空间工作。对于管系结构进行适当的组合,搭建成桁架结构进行整体吊装,既减少了空间吊装,也大幅度缩减了工期。本文以渤中某项目大型桁架结构的建造、吊装为研究对象,在充分考虑结构物吊装中吊点选取、吊车站位等因素,成功地完成了大型桁架结构的建造和吊装工作。

大跨度大型桁架高空拼装及同步滑移技术

为解决大跨度钢结构高空吊装施工难度大、安全隐患大、作业场地及吊装设备要求高等施工难题,以实际工程为例,详细叙述了以滑移为主,传统拼装、吊装工艺为辅的大跨度大型桁架高空拼装、同步滑移施工技术。

大型桁架临时固结法吊装工法

超高、超重、超长桁架吊装施工的桁架稳定性,历来受到施工单位高度重视,能否在节省费用的同时做到施工安全及线性美观,是施工企业能否做到经济、迅速、高效的关键。京能水洞沟电厂输煤系统7号栈桥工程钢桁架架空结构吊装中,采用了新的施工工法,取得了良好的效果,为相似工程的施工积累了宝贵的经验,值得在类似结构的工程施工中借鉴。

基于变胞理论的大型桁架在轨建造技术

通过对比分析目前国内外桁架的构建方式,提出一种基于变胞理论的模块化桁架在轨装配新方法,并对装配流程进行初步设计。为进一步完善所提方法中变胞装配机构方案,针对大型桁架结构进行分析选择,确定桁架基本单元,并分析材料与桁架梁的长度对基频的影响。针对方案系统中的桁架单元模块与变胞装配机构进行概念设计与分析。该方法解决了构建大型桁架质量与体积受限于运载空间的问题,在可拓展能力、工作效率上有一定的优越性,可为今后空间大型桁架的建造提供参考。

空间大型桁架天线姿态与振动一体化控制

随着空间任务需求的增长,大型桁架结构在空间应用中更加广泛,使系统刚柔耦合特性不断增强,在轨运行时容易产生振动,从而影响系统的姿态稳定。为了实现空间大型桁架天线系统姿态与振动的一体化控制,基于拉格朗日原理完善了系统动力学模型,从根本上阐述了挠性结构振动与系统姿态角的耦合关系,提出了一种固定时间全局滑模控制器以实现一体化控制目标。仿真结果表明,所提控制算法能够在短时间内抑制挠性结构的振动响应幅值,同时可保证系统姿态的稳定。该算法具有良好的鲁棒性和固定时间收敛特性。

大型钢管桁架空中拼装技术的应用研究

管桁架类型的大跨度空间钢结构,由于能适应很多的建筑造型,较多地运用于机场航站楼、高铁站站房等。通过某篮球馆管桁架大型钢结构工程实际案例,对大型管桁架空中拼装关键技术进行分析研究总结,分析钢管桁架的空中对接工艺和关键技术,供类似工程借鉴。

大型空间桁架结构装配序列的分层规划方法

为了自主规划空间在轨装配任务的装配序列,结合大型空间桁架结构的固有分层特性,提出了一种基于连接矩阵的分层规划方法.根据连接矩阵的定义和分层规划的基本原理,通过分析几何结构单元之间普遍的三种连接方式,提出了相应结构的连接矩阵建立方法和规则,来组织低层规划;通过对大型结构进行结构分析,运用桁架结构几何原理,建立整个结构的连接矩阵,来实现高层规划,并以常见的空间桁架结构为例进行了说明,从几何特性角度,讨论了该方法的普遍性.

大型碳纤维桁架结构模态试验及特性

基于随机子空间识别方法,采用自然脉动试验研究了大尺度、轻质高强承力型碳纤维复合材料桁架结构的模态特性.基于该桁架结构本身的特点,提出了3个基本假设,结合实际应用中桁架结构的约束条件,设计了大型碳纤维复合材料桁架的模态试验方案,并对试验结果进行了详细分析,总结了其频率特性、阻尼特性及振型特点.结合锤击法试验和有限元方法,对试验结果进行对比分析,结果表明3个基本假设合理,试验方案有效,试验分析结果可靠.研究结果可应用于浮空器结构设计和健康监测.

大型空间桁架结构热分析的有限元方法

本文对太阳电池阵中央桁架系统进行了热流和温度计算。根据传热学理论建立了瞬态热平衡方程。应用有限元法对热平衡方程进行了求解。对热流和温度场的计算结果做了详细讨论 ,从中给出了若干结论 。

大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式,对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性,二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。

焊接变形控制技术在大型钢桁架预制中的应用

大型钢桁架在公路、铁路、桥梁、建筑工程、水工码头和管道建设等领域得到了广泛的应用。以中缅油气管道米坦格河跨越工程为例，从桁架预制焊接前的准备、焊接工艺方法、焊接后处理及检测等方面，介绍了大型钢桁架预制焊接过程中的变形控制技术和措施。重点阐述了对称焊接、跳焊、循环焊接、分散热量等方法在桁架预制焊接过程中的应用，通过这些技术的应用有效地控制了焊接变形。

大型空间桁架制作安装技术

简要介绍了上横梁吊装方案的比选,重点介绍了某斜拉桥主塔上横梁大型空间桁架结构的加工、运输、吊装等关键施工技术,并进行了安全性检算。实践证明,运用上横梁连续千斤顶悬吊安装方案,切实解决了无支撑大吨位钢横梁高空吊装及对位焊接难题,可为类似工程提供借鉴。

超重大型钢桁架现场焊接吊装

结合青岛大剧院室内钢结构工程的施工难点,就超重、大型钢桁架施工工艺进行了分析、总结;详细阐述了在超重、大型钢桁架施工中有关吊装机械的选择、现场拼接组装、栓焊混合节点质量控制及钢构件吊装的施工方法;保证了现场钢结构吊装施工质量及安全性,并且加快了钢结构整体吊装速度;对类似的钢结构工程施工具有一定的借鉴作用.

浅谈大型管桁架相贯线制作技术

当前我国建筑领域当中钢桁架形式已经成为屋面钢结构使用最为广泛的模式之一,并且被大量的使用到各个民生建筑当中,这种技术结构的主要特点是相贯线下料,制造以及焊接技术,为了保证民生建筑的质量,就必须对大型管桁架相贯线制作技术进行深入研究。

大型钢混凝土双曲弧形桁架梁施工技术分析与施工措施研究

大跨异形非预应力钢混凝土桁架结构,因比钢结构造价较低、结构耐久、维护方便而常用于较多工业、公共建筑领域。但由于该类结构造型复杂、体量巨大,给现场施工带来较大困难。本文主要结合类似工程施工实践,探讨大跨异形钢混凝土结构在施工中采用的主要施工技术及措施,为今后类似工程施工提供思路。

大型钢桁架上悬挂脚手架施工技术

文章对某大型钢桁架的脚手架搭设、安全措施进行详细分析,该脚手架施工简单、安全、成本低,对类似工程提供一些借鉴作用。

大型钢结构桁架液压同步整体提升技术应用及设计

通过应用“地面拼装+液压同步整体提升”的安装方案,有效解决了大型钢结构桁架吊装场地受限和空中对接的问题。通过有限元软件MAS/Gen全过程仿真计算整体提升过程,详细分析了结构应力和变形分布,优化了吊点的布置与加固措施,实现了计算机控制同步提升,安全高效地完成了大型钢结构桁架吊装任务,值得广泛推广应用。

四惠交通枢纽大型钢桁架焊接技术

通过分析北京四惠交通枢纽大型钢桁架结构工程的特点和技术难点,重点论述钢桁架结构的主要构件上下弦杆——焊接箱梁的制作工艺及焊接变形控制,通过采用GMAW+SAW焊接工艺和有效的焊接变形控制措施,解决了焊接箱梁的焊接变形大的问题,为类似工程提供参考。