基于Kresling折纸构型的空间结构可控失稳模式研究

基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失稳模式进行控制。该文建立了采用有限质点法进行索、杆、膜结构计算的基本流程,通过对Kresling双稳态失稳模式的分析验证了分析方法的有效性。对Kresling索杆模型、索杆膜模型、嵌套模型的失稳模式进行了分析,研究了弹性模量、预应力水平和结构布置对结构失稳模式和结构应变能的影响。实现了双层Kresling模型的失稳模式控制,为设计破坏可控的智能结构提供了一种新的方法。

面向空间折展机构的刚性折纸研究现状与展望

刚性折纸是折纸领域中一个非常活跃的分支,在折展时可以实现二维与三维的连续变换且折痕以外的面板内部无应变,适用于多种刚性折展机构。基于刚性折纸构型衍生的空间折展机构具有形面精度高、折展比大和自由度数量少等特点,可以满足航天工程对空间折展机构大尺度、轻量化以及高精度的需求。针对未来发展趋势,概述了刚性折纸几何设计及运动学基础,阐述了目前与空间折展机构相关的刚性折纸的典型构型,重点介绍了各种构型的特点及相关研究进展。根据折痕的复杂程度,从不同刚性折纸构型出发,综述了面向空间折展机构的刚性折纸的应用及研究现状;从构型创新设计方法、厚板化设计方法、动力学特性分析方法、机构智能化设计方法和微重力卸载方法 5个方面展望了基于刚性折纸的空间折展机构未来的发展方向及研究重点,旨在为大型空间折展机构的基础研究和工程应用提供借鉴与参考。

基于折纸元素的改进型橡胶隔振支座研究

为解决因橡胶自身刚度较大,导致橡胶隔振支座作为被动隔振器在低频隔振上效果较差的问题,提出了一种基于折纸构型中Kresling双稳态子构型的橡胶隔振支座的附加装置。有限元仿真分析表明,基于折纸元素的改进型橡胶隔振支座有效降低了低频刚度,相比普通支座具有更优的低频隔振性能,有效拓宽了橡胶隔振支座的适用范围。

单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构

针对一些特定功能小卫星需要可展式的功能结构,如可展天线、可展太阳能电池阵列,提出一种单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构。展示了用于设计该机构的机构构型,研究发现此种构型不仅可将平面结构进行折展,也能将可包络回转曲面的锥形结构进行折展。进而提出了用于机构设计的几何模型及为快速判断机构的几何尺寸是否满足设计要求的近似几何模型。通过算例及仿真校验,发现近似几何模型可以进行快速判断。同时该机构具有较高折叠效率,适用于尺寸约束严格的小卫星。

太阳翼基板的构型分析

针对太阳翼基板构型设计方法缺乏系统性和普适性问题,提出太阳翼基板构型的基本几何模型——可展曲面.利用类比的方法,将可展曲面上的直母线当作基板间的转动副,将直母线之间的曲面当作基板,建立可展曲面与基板构型之间的对应关系.从几何学和机构构型的角度研究太阳翼基板的折展原理,建立不同基板构型的几何特征约束方程.阐述太阳翼基板构型基本组成单元的概念并找到各基本单元,对现有的太阳翼基板构型进行分类,并对不同的构型进行分析,验证了可展曲面与基板构型的对应关系.对新型太阳翼基板构型进行分析,并建立了对应的几何模型.

折纸超材料折展稳态特性研究

可折展折纸超材料可通过自身内部微结构连续变形来调控宏观变形,使其泊松比、刚度、模量等力学性能发生转变.本文针对新型折纸超材料稳态机理不清晰的问题,采用扭转弹簧等效法和能量原理,对折纸超材料在复杂内部构型及折展运动协同作用下的力学行为进行理论研究,建立超材料构型在折展变形过程中的力学模型,分析构型几何参数对折展外载荷的影响规律.通过参数分析发现,该折纸超材料的外载荷在展开过程中呈现出单调性,不具有稳态特性.外载荷在折叠过程中可呈现出单调性、单稳态和双稳态等多种情况,不同稳态之间的调控与边长比p和q、内角α、折展角θ和间距尺寸比r等构型参数密切相关,从而揭示折纸超材料稳态特性的转变机理.本文对于提高折纸超材料的构型设计及其性能调控具有重要的理论指导意义.

基于Skewed Miura构型的周期可展结构变带隙分析研究

基于折纸构型的周期结构在一定条件下具有带隙特性,能阻止特定频率的弹性波在结构中传播,这种带隙特征可以调节,为减振结构的开发提供了新思路.对基于Skewed Miura折纸构型的周期性可展结构变带隙机理进行研究.推导了Skewed Miura折纸构型的几何关系,并利用布洛赫波分析框架研究了该构型的带隙情况.将Skewed Miura单元的几何形状和折纸构型的折叠状态作为设计变量,找出该构型的最大带隙值和相应的折展状态.对比发现,Skewed Miura构型带隙的数量及大小明显大于Miura构型,且带隙位置所处频率范围较低.本研究为减振结构的开发提供了新的结构形式.

航天器可展开薄膜遮光罩机械设计的发展与展望

从可展开薄膜遮光罩的几何构型、展开驱动技术、薄膜折痕设计和薄膜褶皱动力学分析四个方面论述了航天器可展开薄膜遮光罩机械设计的发展现状和特点,在分析比较的基础上对可展开薄膜遮光罩机械设计的发展趋势进行了展望,旨在为航天器可展开薄膜遮光罩的创新发展提供参考。