本文關鍵詞：基于形狀記憶復合材料的可展開天線設計及實驗研究

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【摘要】：空間可展開天線是空間可展開結構中最重要的一個分支,目前其研究正從老舊的機械式結構,逐漸向重量輕、可靠性高、成本低的新型可展開天線結構發(fā)展。隨著材料科學的發(fā)展,形狀記憶聚合物作為一種新型智能材料,逐漸成為研究熱點。碳纖維增強后的形狀記憶聚合物復合材料,既具有比強度、比剛度高的顯著優(yōu)點,又能夠?qū)崿F(xiàn)主動變形驅(qū)動,在空間可展開結構中具有廣闊的應用前景。本文基于一種熱固性形狀記憶聚合物復合材料,設計并研制了一種由形狀記憶復合材料鉸鏈驅(qū)動的平面式可展開天線結構。首先,對課題組自行研制的一種形狀記憶聚合物,進行了“熱-力學性能”表征,并對由此形狀記憶聚合物制成的形狀記憶鉸鏈片層彎曲進行了仿真研究,又通過實驗研究了該片層和鉸鏈的展開驅(qū)動及回復能力,得到了鉸鏈展開過程中的相關規(guī)律,結果表明形狀記憶復合材料具有一定的展開回復能力。基于上述研究,設計出了一種平面式可展開天線結構,并通過系統(tǒng)的模態(tài)仿真研究,確定了最優(yōu)鉸鏈尺寸和配置位置。此外,還建立了單塊天線的展開運動學模型,以及動力學微分方程,并基于ADAMS虛擬樣機技術,對單塊天線進行了展開動力學仿真研究,得到了其展開規(guī)律曲線,分析了展開過程中對衛(wèi)星本體位姿的影響。最后,運用氣浮法模擬零重力環(huán)境,對單塊天線進行了模擬環(huán)境下的展開實驗研究和展開狀態(tài)下的模態(tài)實驗研究,得到了天線展開角度隨時間的變化關系,以及展開狀態(tài)下天線的模態(tài)特性。本文通過對可展開天線的理論和仿真分析,從理論層面證明了天線結構設計的合理性、展開過程的平緩性以及沖擊振動小的優(yōu)越性。并通過模擬單塊天線零重力環(huán)境的展開實驗,完成了天線的順利展開,驗證了形狀記憶復合材料應用在可展開結構中的可行性。
【關鍵詞】：形狀記憶聚合物 復合材料 可展開天線 有限元模擬 模態(tài)實驗
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V443.4;TB33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8
• 1.2 空間可展開天線結構的研究現(xiàn)狀8-13
• 1.2.1 板狀反射面可展開天線9-10
• 1.2.2 網(wǎng)狀反射面可展開天線10
• 1.2.3 薄膜型反射面可展開天線10-11
• 1.2.4 平面式可展開天線11-13
• 1.3 形狀記憶聚合物復合材料可展開結構研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 形狀記憶復合材料鉸鏈14-15
• 1.3.2 形狀記憶復合材料空間可展開梁15-16
• 1.3.3 形狀記憶復合材料可展開天線16-17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 形狀記憶可展開鉸鏈設計和力學性能分析19-38
• 2.1 引言19
• 2.2 形狀記憶聚合物力學性能測試及相關參數(shù)的確定19-24
• 2.2.1 形狀記憶聚合物試件的制作19-20
• 2.2.2 形狀記憶聚合物力學性能測試20-22
• 2.2.3 形狀記憶復合材料力學性能計算22-24
• 2.3 形狀記憶復合材料鉸鏈有限元模擬24-30
• 2.3.1 形狀記憶片層正反彎過程對比25-26
• 2.3.2 不同纖維含量的片層彎曲模擬26-28
• 2.3.3 不同彎曲長度的片層彎曲模擬28-29
• 2.3.4 鉸鏈彎曲過程模擬29-30
• 2.4 形狀記憶復合材料鉸鏈展開力學性能測試30-37
• 2.4.1 片層加熱方式的確定30-32
• 2.4.2 展開滑動平臺設計32
• 2.4.3 形狀記憶復合材料片層展開測試32-34
• 2.4.4 形狀記憶復合材料鉸鏈展開測試34-37
• 2.5 本章小結37-38
• 第3章 可展開天線結構設計和模態(tài)分析38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 可展開天線基本結構設計38-39
• 3.2.1 天線構型設計38-39
• 3.2.2 天線基板設計39
• 3.3 形狀記憶復合材料鉸鏈模態(tài)分析39-44
• 3.3.1 鉸鏈模型的建立39-40
• 3.3.2 材料屬性定義40
• 3.3.3 邊界條件和網(wǎng)格劃分40
• 3.3.4 有限元結果分析40-44
• 3.4 可展開天線模態(tài)分析44-48
• 3.4.1 鉸鏈配置位置研究45-47
• 3.4.2 可展開天線展開狀態(tài)下整體模態(tài)分析47-48
• 3.5 本章小結48-49
• 第4章 可展開天線展開運動分析49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 天線展開運動學方程建立49-51
• 4.3 基于ADAMS的平面式可展開天線展開仿真分析51-58
• 4.3.1 可展開天線機構虛擬樣機建立51-54
• 4.3.2 天線展開仿真及結果分析54-58
• 4.4 本章小結58-59
• 第5章 零重力模擬展開實驗研究59-66
• 5.1 引言59
• 5.2 零重力模擬實驗方法選取59-60
• 5.3 單塊平面天線零重力模擬展開實驗研究60-63
• 5.3.1 零重力模擬展開實驗方案制定60-61
• 5.3.2 氣足配置方式設計61
• 5.3.3 單塊天線裝配流程與工藝方案61-62
• 5.3.4 展開實驗結果62-63
• 5.4 單塊天線零重力環(huán)境模態(tài)實驗研究63-65
• 5.4.1 模態(tài)實驗方案設計63-64
• 5.4.2 模態(tài)實驗和結果分析64-65
• 5.5 本章小結65-66
• 結論66-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 羅鷹,段寶巖;星載可展開天線結構現(xiàn)狀與發(fā)展[J];電子機械工程;2005年05期

2 齊乃明;張文輝;高九州;霍明英;;空間微重力環(huán)境地面模擬試驗方法綜述[J];航天控制;2011年03期

3 劉松;鄒義成;丁瀛;王理強;;大型太陽電池陣模態(tài)試驗方法[J];航天器環(huán)境工程;2013年02期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 程清;基于形狀記憶復合材料的展開天線設計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

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本文編號：1023221