含弹性构件的铰接式可展开支撑臂设计与分析

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1、硕士学位论文含弹性构件的铰接式可展开支撑臂设计与分析DESIGNANDANALYSISOFADEPLOYABLEARTICULATEDMASTINCLUDINGFLEXPARTS周彦哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：V443.4学校代码：10213国际图书分类号：621.396密级：公开工学硕士学位论文含弹性构件的铰接式可展开支撑臂设计与分析硕士研究生：周彦导师：刘荣强教授申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified

2、Index:V443.4U.D.C:621.396DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDANALYSISOFADEPLOYABLEARTICULATEDMASTINCLUDINGFLEXPARTSCandidate：ZhouYanSupervisor：Prof.LiuRong-QiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAff

3、iliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着太空探索的不断深入，空间可展开支撑臂承担起了越来越多的任务，其能否在太空中平顺展开，能否满足刚度和强度的需求，能否达到预期的工作年限，对空间探测任务影响极大，甚至决定整个太空项目的成败。本文在基于对国内外可展开支撑臂结构和功能特点的理

4、解上，结合本课题支撑臂的各项指标，设计了一款含弹性构件的铰接式可展开支持臂。介绍了支撑臂展收原理，根据可展开单元和弹性构件的几何特点及工作状态，分析弹性构件的受力情况，获得弹性构件的简化力学模型，给出可用于支撑臂的弹性构件几何参数和材料属性。设计了支撑臂的驱动系统。分析了支撑臂的静力学特性。根据可展开支撑臂各节点的受力情况，建立支撑臂各刚度的表达式，并研究结构参数对支撑臂刚度的影响，同时运用有限元法求解支撑臂各刚度对比分析拉索半径对支撑臂桁架刚度的影响。建立了运动学及动力学模型。建立支撑臂任意一点的运动方程

5、，研究其运动学特性；建立支撑臂展开过程动力学模型，研究在不同驱动策略下驱动力随时间变化的规律；利用有限元分析软件研究支撑臂桁架动力学特性，获得各阶模态频率及其对应振型图。制备可用于支撑臂的弹性构件，并完成支撑臂原理样机研制和试验。完成支撑臂展收动作，并对展开刚化状态下的支撑臂进行静力加载、试验模态等测试，了解其运动特性并验证理论分析的适用性。测试结果表明，该含弹性构件的铰接式可展开支撑臂具有刚度高、可靠性强等特点。关键词：可展开支撑臂；弹性构件；静力学；动力学-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstra

6、ctWiththecontinuousdeepeningofspaceexplorationmissions,spacedeployablearticulatedmastarewidelyused.Whetherthemastcandeploysteadily,meettheneedofstiffnessandstrength,andachievetheexpectedperiodofservicewillhaveagreateffectonspaceexplorationmissions,evendete

7、rmineitssuccessorfailure.Basedontheunderstandingofthedevelopmentandresearchsituationofspacedeployablemastandtheindicatorsofcapability,adeployablearticulatedmastincludingflexpartsisdesigned.Thefundamentalofdeployingandfoldingisintroducedinthispaper.Onthebas

8、isofgeometricfeaturesandoperationstateofthemastanditsflexparts,asimplifiedmechanicalmodelofflexpartispresentedaccordingtoresultsofthestressanalysis.Availablegeometryparametersandmaterialpropertiesofflexpartsa