介紹了一種縱桿變形分析的數(shù)值方法,用作盤繞式伸展臂逐層展開過程中的變形研究。該數(shù)值方法基于已有的彈性細桿變形分析理論,將伸展臂縱桿離散成一系列圓柱面約束條件下的短桿,分別對臨界狀態(tài)下的短桿進行邊界條件確定和變形分析,進而運用迭代方法求得縱桿變形。針對在研伸展臂模型,分別進行微重力展開實驗和根部展開動力學仿真,并將二者結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果進行對比,考察該數(shù)值方法的可行性和有效性。結(jié)果表明,數(shù)值計算所得縱桿變形狀況與實驗和仿真結(jié)果基本一致,可以用作伸展臂設計階段的參考。 

【文章來源】：西北工業(yè)大學學報. 2020,38(S1)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

典型的盤繞式伸展臂展開圖

如圖2所示,通長縱桿被離散成一系列短桿,將伸展臂自下而上分別定義為第1節(jié),第2節(jié),……,相應的短桿定義為桿1,桿2,……。同樣的,伸展臂橫架自下而上分別定義為橫架1,橫架2,……。為減少研究過程中的外部干擾載荷,以伸展臂根部4節(jié)短桿作為研究對象。當?shù)?節(jié)剛要展開時,橫架5與橫架6之間的接觸力剛好減小到零,此時根部4節(jié)短桿在繩索拉力和根部邊界載荷的作用下達到平衡狀態(tài)。定義此刻的伸展臂狀態(tài)為臨界狀態(tài),以此為基礎進行后續(xù)的變形分析研究。為方便起見,本文中的分析均不考慮伸展臂展開過程中的動力學效應。忽略過渡段盤繞半徑的輕微減小,伸展臂滿足圓柱面假設,即展開過程中的通長縱桿可以認定為在圓柱面內(nèi)變形的扭曲彈性細桿。由于伸展臂是一個空間對稱結(jié)構,因此根部的變形分析將只針對其中一根縱桿所離散得到的短桿來進行。

為描述短桿的變形,參考劉延柱的研究結(jié)果對坐標系定義如下,見圖3。以伸展臂軸線中某點O作為坐標原點,伸展臂軸線為Oζ軸,并在伸展臂盤繞半徑方向定義Oξ軸,從而獲得坐標系O-ξηζ。將坐標系O-ξηζ繞軸Oζ旋轉(zhuǎn)Ψ得到坐標系O-XYZ。定義P點為短桿某處截面中心點,將坐標系O-XYZ由點O平移至點P,得到坐標系P-XYZ。將坐標系P-XYZ繞PZ軸旋轉(zhuǎn)180°得到坐標系P-x1y1z1,此時ψ=Ψ+π。最后,將坐標系P-x1y1z1繞Px1軸旋轉(zhuǎn)θ得到坐標系P-x2y2z2。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]盤繞式伸展臂展開模式的力學原理[J]. 韓建斌,王新升,馬海波.  北京航空航天大學學報. 2013(09)
[2]鉸接盤繞式空間伸展臂屈曲分析理論研究[J]. 戈冬明,陳務軍,付功義,董石麟.  工程力學. 2008(06)



本文編號：3331396