盘绕式伸展机构非线性屈曲模式的试验研究与数值仿真.pdf

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1、第47卷第6期2015年12月南京JournalofNa空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．47NO．6Dec．2015DOI：10．16356／j．1005—2615．2015．06．016盘绕式伸展机构非线性屈曲模式的试验研究与数值仿真刘涛韩涵冀宾吕榕新程雷(上海宇航系统工程研究所，上海，201109)摘要：针对盘绕式伸展机构在轨工作的特点，对其在不同钢丝绳预紧力和机构高度下的非线性屈曲模式和屈曲载荷开展了相关的试验研究。根据其几何非线性特点，采用弧长法对试验状态下结构的非线性屈曲模式进行了仿真分析。研究结果表明：(1)数值仿真计算

2、得到的屈曲模式和屈曲载荷与试验结果一致；(2)伸展机构的屈曲模式与钢丝绳预紧力和机构高度密切相关，处于张紧状态的钢丝绳可显著提高伸展机构的轴压、弯曲承载能力。分析结果也为其他同类机构的设计和试验提供了参考依据。关键词：盘绕式伸展机构；非线性屈曲；屈曲模式；试验研究；弧长法中图分类号：TU311．3文献标志码：A文章编号：10052615(20i5)06—0897—07ExperimentalInvestigationandNumericalSimulationonNonlinearBucklingModeofCoil—ableMastLiuTao，HanHall，JiBin，(Shanghai

3、AerospaceSystemEngineeringLiiRongxin，ChengLeiInstitute，Shanghai，201109，China)Abstract：Accordingtotheon—orbitworkingcharacteristicofthecoil—ablemaststructure，theexperimen—talinvestigationonthenonlinearbucklingmodeandthebucklingloadatdifferentheightanddiagonalcablepre—loadiscarriedout．Basedonthegeomet

4、ricnonlinearitycharacteristic，thecorrespondingnu—mericalsimulationisdevelopedbyusingarc—lengthmethodtoobtainthenonlinearbucklingmodeofthestructure．Theanalysisresultsshowthat：(1)thebucklingmodeandthebucklingloadobtainedfromnumericalsimulationagreewellwiththoseobtainedfromtheexperimentalwork，(2)thebuc

5、klingmodeofcoil—ablemastiscloselycorrelativetoitsheightanddiagonalcablepre—load，andthebearingcapabilityfortheaxialcompressionandbendingcanbesignificantlyimprovedifthediagonalcableisundertheten—sioncondition．Theresultisexpectedtoprovidesomevaluableinformationforstudyingothersimilarstructuresinfuture．

6、Keywords·coil—ablemast；nonlinearbuckling；bucklingmode；experimentalinvestigation；arc—lengthmethod盘绕式伸展机构是目前在轨应用较多的大面积柔性太阳翼支撑机构¨3

7、，先后应用于美国中分辨率成像光谱仪搭载平台EOSAM一1、日本自由飞行平台SFU(见图1)和欧洲航天局通信卫星O—lympus等。因其展收可靠性高、重量轻和构造简单等特点在大型航天器中应用前景十分广阔。目前，国内外学者对盘绕式伸展机构展收过程中的屈曲模式进行了一系列有效的研究。戈冬明等Ⅲ根据弹性稳定理论与卡氏能量原理，推导了局部卷压屈曲和整体

8、螺旋屈曲的临界压力表达式；基金项目：国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)(2009AA043000)重点资助项目。收稿日期：2014—0708；修订日期：2015-03—30通信作者：吕榕新，男，研究员，E—mail：leurongxin59@sina．corn。航嘴898南京航空航天大学学报第47卷图1日本SFU柔性太阳翼Fig．1FlexiblesolararrayofJapaneseSF