超薄热塑性复合材料人形杆制备及其性能研究

薄层预浸料复合材料结构具有良好的弹性应变能调控、存储特性,在可展开、折叠结构,如空间可展开天线、太阳帆和光伏表面等方面具有重要应用价值。本文以碳纤维增强尼龙6(CF/PA6)为实验对象,首先,用单层厚度为0.045 mm和0.105 mm的CF/PA6复合材料分别制备1 mm厚的单向层合板,对其进行了弯曲性能测试和弯曲破坏后微观形貌的对比分析,然后采用非对称铺层设计方法及真空热压一次成型工艺制备了复合材料人形杆,对人形杆的法兰展开行为、收拢弯曲承载行为进行了实验测试。结果表明:单层厚度减薄57%,层合板的弯曲强度和弯曲模量分别提高了24.8%、17%,有效抑制了复合材料的层间裂纹扩展;铺层结构直接影响人形杆可展开、收拢变形行为,增加0°铺层所占比例,人形杆的比刚度和比强度均有所提高。实验结果为热塑性复合材料可展开结构的设计与性能评价提供了基础。

复合材料人形杆压扁过程数值模拟分析

为了避免超弹性杆因应力集中而产生疲劳裂纹,延长其使用寿命,借助于ABAQUS软件,采用S4R壳单元和粘结单元,建立了人形杆复合材料压扁有限元模型。利用显示动力学法对人形杆压扁过程进行了非线性数值模拟分析,分析单一材料、两种材料铺层方式和不同铺层角度时人形杆各层应力特点,进而选取出应力最小的铺层方法。该研究对可展开机构中人形截面超弹性杆复合材料最佳铺层方式的合理选取具有重要意义。

星载薄膜天线人形杆单侧驱动机构设计与试验研究

面向星载大口径薄膜天线在轨展开需求,开展高型面精度、大口径、轻量化和大折展比的空间薄膜天线人形杆折展机构创新设计及其动力学特性研究。提出一种带有径向预紧的人形杆单侧驱动机构,通过一个电机同时驱动滚筒和丝杠运动,当人形杆完全展开时径向预紧机构得到触发,实现人形杆根部的夹紧,从而提高整个薄膜天线展开状态的刚度和型面精度。对该机构缠绕过程的运动学和收拢状态的动力学分别进行仿真;加工出人形杆单侧驱动机构原理样机,对其收拢和展开进行功能性试验,测量在缠绕过程中人形杆的力矩,并对单侧驱动机构收拢状态整体结构进行模态分析。经试验验证,缠绕过程中有限元仿真模型力矩的准确性,为空间大型轻质薄膜天线人形杆展开机构的航天工程应用提供理论支撑。