充气展开自支撑结构力学特性研究

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1、硕士学位论文充气展开自支撑结构力学特性研究RESEARCHOFMECHANICALPROPERTIESOFINFLATABLESELF-SUPPORTINGSTRUCTURE宋博哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V414.4国际图书分类号：533工学硕士学位论文充气展开自支撑结构力学特性研究硕士研究生：宋博导师：卫剑征副教授申请学位：工学硕士学科：工程力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V414.4U.D.C:533DissertationfortheMasterDegreein

2、EngineeringRESEARCHOFMECHANICALPROPERTIESOFINFLATABLESELF-SUPPORTINGSTRUCTURECandidate：SongBoSupervisor：AssociateProf.WeiJianzhengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffiliation：CenterforCompositeMaterialsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Ins

3、titution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要充气展开结构具有折叠体积小、重量轻、展开可靠性高等优势，可作为构建空间大型可展开结构主要单元之一，如充气展开太阳帆、充气式重力梯度杆等。本文总结了国内外在薄扁壳弯折力学特性、压弯与结构稳定性、以及结构动态特性等理论、数值模拟、试验测试等方面的研究现状。本文对充气展开自支撑结构力学性能进行研究与分析，为空间可展开结构的设计与应用提供科学依据。首先，充气展开自支撑结构内壁上对称分布增强条，折叠展开过程中存在正向与反向大转动、大位移、非线性几何大变形问题，讨论了不同圆心角

4、度和不同厚度对正向与反向折叠展开过程中弯矩的变化，得到折叠/展开过程中应变和应变能随弯折角度的变化规律；并进一步基于薄壳理论给出了增强条折叠展开过程中的弯矩表达式，与有限元模拟对比，结果吻合一致。其次，基于自支撑增强条正向与反向弯折特征，针对充气展开自支撑结构刚度特性，建立了含有自支撑增强条的充气自支撑圆管结构有限元模型，讨论了轴向压缩、扭转和弯曲特性，采用试验机对有无增强条、有无内压、有无Kapton/Al/Kapton薄膜自支撑圆管进行了轴向压缩测试，分析了失稳模式与整体临界失稳载荷，验证了无面外位移约束的增强条骨架失稳机理。最后，针对含内压的充气展开自支撑圆管结构

5、中增强条对动态特性的影响问题，本文建立有了一套充气悬臂梁动态测试系统。多点激励单点响应的测试方法，研究了充气压力、有无增强条、以及结构压弯失稳产生的材料损伤对结构动态特性的影响，并通过数值模拟该结构动态特性，得到自支撑管状结构固有频率和振型，两者吻合一致；并利用VIC-3D全场应变测试系统，分析了自支撑管状结构充气压力对充气自支撑结构低频影响不明显原因，最终掌握了充气结构密频低频、高阻尼振动特性。关键词：展开；自支撑；增强条；模态分析；充气-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentoflightweightandlarge-

6、sizedeploymentstructure,thestudyoffolding-unfoldingofinflatabledeploymentself-supportingstructurehasbecomemuchmoreimportant.Thethesisfoundthechangingruleofmechanicalparameterssuchasstrain,unfoldingmomentandenergyofthestructureintheprocessoffoldingandunfoldingthroughthestudyofasolarsailbr

7、acketwithcircularsectionandcoveredwithself-supportingshell.Theachievementcanofferthestudyanddesignofspaceinflatablestructuretechnicalsupport.First,thethesisanalyzedthefoldingandunfoldingprocessofthethinshellwhichhascurvatureinthedeploymentmastandusedfiniteelementnumerical