空间可展开结构的分析与仿真研究

论文摘要

可展结构是一种新型的工程结构,其折叠展开自如的能力展现了一个崭新的应用前景。一些研究机构已经提出了许多可展结构工程样机,其中仅由刚性连杆和铰接转动副构成X型可展结构,具有结构简单,结构几何单元一致性、重复性好,高刚度、高抗振及灵活的几何设计等特征,因此,在建筑工程,大型空间可展结构方面具有广泛的应用前景。可展结构另一种主要的作用是应用于可展开天线方面。其中铰接肋天线结构形式简单、折叠体积小（收纳率高）、有着较轻质量和更小的装载直径和高度,易于实现大型化。根据一种径向可展开平面多杆机构的结构几何关系,推导了成角构件组成的剪式单元铰接点的轨迹方程,分析了铰接点沿径向运动时剪式单元中的结构约束条件,建立了剪式结构单元的运动学方程。然后采用坐标变换方法建立了可展开机构展开过程的运动学模型,揭示了这种可展开机构一些新的特性,包括最大展开范围条件和成角构件结构间的关系。通过分析所有铰接点均沿径向运动的特例,建立了多层可展开机构的结构关系及运动学模型。给出的各种仿真实例表明了该运动学分析的正确性。根据抛物面天线的结构特点,分析了焦径比对天线主要性能的影响。根据铰接肋天线的结构关系及运动原理,利用C++ Builder和虚拟样机软件研制了铰接肋可展开天线的展开过程分析与仿真软件,能自动完成可展开天线展开过程的多刚体动力学分析和多柔体动力学分析。分析了周边桁架式可展天线不同的摩擦力分布对天线展开过程的影响,进行了不同口径下斜索拉力对比。研究了考虑库仑摩擦力的周边桁架式可展天线展开过程正动力学分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 空间可展开结构的概述
• 1.2 空间可展开结构的研究现状
• 1.3 典型可展开天线
• 1.3.1 缠绕肋型
• 1.3.2 EGS 天线
• 1.3.3 周边桁架式天线
• 1.3.4 铰接肋天线
• 1.4 本文的工作
• 第二章 可展开机构分析
• 2.1 引言
• 2.2 一种径向可展开机构的结构分析
• 2.2.1 单元结构分析
• 2.2.2 单元位置分析
• 2.2.3 机构中其他单元位置分析
• 2.3 X形径向可展开结构的运动学分析
• 2.3.1 所有铰接点均沿径向运动的特例
• 2.3.2 多层可展开机构
• 2.4 本章小结
• 第三章 可展开天线分析
• 3.1 引言
• 3.2 可展开天线性能分析
• 3.3 大型化问题
• 3.4 铰接肋天线展开方式
• 3.5 本章小结
• 第四章 铰接肋可展开天线虚拟样机设计及分析
• 4.1 引言
• 4.2 可展开天线虚拟样机的建立
• 4.2.1 可展开天线参数化建模技术
• 4.2.2 宏命令的使用
• 4.2.3 二次开发技术
• 4.3 多刚体动力学分析
• 4.3.1 建立铰接肋天线多刚体系统
• 4.3.2 铰接肋可展开天线展开过程多刚体动力学分析
• 4.4 多柔体动力学分析
• 4.4.1 多柔体分析的理论基础
• 4.4.2 多柔体建模的方法
• 4.4.3 天线展开过程多柔体分析
• 4.5 周边桁架式可展开天线展开过程性能分析
• 4.5.1 周边桁架式可展开天线不同口径下斜索拉力对比
• 4.5.2 不同的摩擦力分布对天线展开过程的影响
• 4.5.3 考虑库仑摩擦力的展开过程正动力学分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献