【摘 要】
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在航天任务的执行中,可展开机构主要用于展开和支撑天线和太阳帆,而超弹性伸杆因具有高收展比、轻质、可自驱动展开和自锁的特点,被广泛使用在可展开机构中。超弹豆荚蜂窝伸杆由改进的豆荚杆沿横截面拓扑而成,是一种闭口截面薄壁杆件,相较于开口截面的人形杆、C形杆、N形杆等具有更大的扭转刚度。本课题以超弹豆荚蜂窝伸杆为研究对象,分析其压扁和缠绕过程的力学特性,并进行优化设计。利用壳体的静力平衡方程和小挠度变形假
【基金项目】
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国家自然基金青年基金项目“薄膜天线人形杆折展机构及其非线性力学特性分析（51605001）”； 安徽省自然科学基金青年项目“大口径柔性阵列天线力学特性及豆荚蜂窝杆折展机构研究（2108085QE221）”；
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在航天任务的执行中,可展开机构主要用于展开和支撑天线和太阳帆,而超弹性伸杆因具有高收展比、轻质、可自驱动展开和自锁的特点,被广泛使用在可展开机构中。超弹豆荚蜂窝伸杆由改进的豆荚杆沿横截面拓扑而成,是一种闭口截面薄壁杆件,相较于开口截面的人形杆、C形杆、N形杆等具有更大的扭转刚度。本课题以超弹豆荚蜂窝伸杆为研究对象,分析其压扁和缠绕过程的力学特性,并进行优化设计。利用壳体的静力平衡方程和小挠度变形假设,建立了豆荚蜂窝伸杆压扁变形过程中面内应变以及中间平滑段位置载荷-挠度的几何方程。利用ABAQUS建立了豆荚蜂窝伸杆在压扁过程的有限元模型,提取了中间平滑段位置的载荷-位移变化曲线,并将仿真结果与理论计算结果进行了比较,验证了理论模型的准确性。建立了豆荚蜂窝伸杆压扁有限元模型,分析了在不同的铺层角度下,完全压扁后杆件沿截面所受应力大小变化规律。为了避免应力集中问题,基于径向基函数代理模型方法建立关于最大应力值的代理模型,采用遗传算法进行铺层角度的迭代优化,得到了最优的铺层角度。建立了超弹豆荚蜂窝伸杆缠绕有限元模型,采用非线性显式动力分析方法,对超弹豆荚蜂窝伸杆在纯弯曲载荷作用下的缠绕动力学进行了分析,得到了弯矩随时间变化规律。为了得到力学特性更好的豆荚蜂窝伸杆,提出了一种基于反向传播神经网络BPNN（Back Propagation Neural Network）的参数优化设计方法,利用BPNN建立了缠绕峰值弯矩和最大主应力的代理模型,采用改进的非支配遗传算法（NSGA-II）进行优化,得到了较优的尺寸参数。根据峰值弯矩和最大主应力响应面对参数圆弧半径rf、中心角θf和粘结段宽度wf进行了研究,得到了特征参数对峰值弯矩和最大主应力的影响规律,对超弹性豆荚蜂窝伸杆制造加工的参数选取提供理论参考。
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