本文關鍵詞：可伸展太陽帆結構力學行為與帆面制備技術

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【摘要】：近年來太陽帆作為一種新型航天器逐漸成為人們關注的焦點。依靠太陽光壓作為推動力和控制力,不攜帶任何能源,不產生太空垃圾,不受燃料約束,可以實現更遠距離深空探測、行星或彗星等的取樣返回、太陽極點觀測等任務。本文以“豆莢桿為支撐構件和Kapton薄膜為膜面材料”的太陽帆為研究對象,綜合運用理論、試驗和數值分析等方法對太陽帆結構的力學行為和帆面制作技術進行了研究。主要內容包括太陽帆整體結構力學特性分析、Kapton膜面折疊力學行為分析與試驗、薄壁CFRP豆莢桿懸臂梁屈曲分析及試驗以及太陽帆制備工藝與方法及測試。首先,對太陽帆整體建立有限元模型,在對單根懸臂豆莢桿進行線性特征值軸壓屈曲和懸臂屈曲分析基礎上,對整體結構力學特征進行分析,模擬太陽帆完全展開時在光壓作用下膜面的變形和支撐結構靜力響應,探討膜面張力合理范圍以及膜面張力對太陽帆結構剛度的影響。其次,為了更好地壓縮折疊薄膜,需要對薄膜折疊力學行為有深入的了解�；诰�彈性工程理論對薄膜S型折疊方式進行了研究,推導得到相鄰接觸薄膜反彈力與薄膜折疊間距的關系式,采用ABAQUS有限元軟件進行對折疊過程數值模擬分析,在掌握S型折疊方式相關特性的基礎上,進行材料試驗和折疊結構試驗,并對三種方式所得到的結果進行對比分析,對薄膜折疊有一定的參考價值。再次,太陽帆結構支撐構件豆莢桿工作時處于懸臂狀態(tài),為掌握空間薄壁CFRP豆莢桿懸臂受力性能,對豆莢桿懸臂梁進行末端加載試驗,得到了非線性屈曲荷載及屈曲特性。利用有限元軟件先進行線性特征值屈曲分析,并引入一致特征值屈曲模態(tài)作為初始幾何缺陷進行非線性屈曲模擬,得到豆莢桿懸臂梁屈曲臨界載荷及非線性屈曲特性,與試驗結果進行對比分析�；谠囼灪湍M分析,進一步對豆莢桿相關設計參數進行探究,得到各參數對豆莢桿懸臂梁非線性屈曲臨界載荷的影響。對懸臂薄壁CFRP豆莢桿的設計和應用具有重要參考價值。最后,對大面積太陽帆面制備工藝與方法進行研究,為獲得表面平整、光滑、無斑點和無皺紋的大面積熱塑性聚酰亞胺薄膜帆,需要采用焊頭連續(xù)行走方式的電阻直熱式焊機進行高溫焊接,目前暫無相關產品。在明確技術要求基礎上,設計了新型焊接機系統(tǒng),并對焊接制備的太陽帆膜面進行試驗驗證。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V414;V442

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本文編號：1161605