【摘 要】
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复合材料相对于航天航空领域常用的铝合金、钛合金等材料而言,具有更优异的力学性能,尤其是由高强度高模量纤维和高性能基体组成的层合复合材料在航天航空等诸多领域得到了广泛
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复合材料相对于航天航空领域常用的铝合金、钛合金等材料而言,具有更优异的力学性能,尤其是由高强度高模量纤维和高性能基体组成的层合复合材料在航天航空等诸多领域得到了广泛的应用。随着空间技术的发展,航天机构所搭载的柔性附件(如太阳能帆板阵列)的结构尺寸越来越大。在航天机构运行过程中,复合材料层合板/梁附件的大角度转动与其自身的弹性变形运动之间产生显著的耦合作用,由此激发的耦合变形和振动对航天机构姿态运动产生显著的影响。故本文将对带层合板/梁附件典型航天机构耦合动力学理论建模进行研究。 以大角度转动层合板/梁为研究对象,基于高阶剪切变形理论,通过Hamilton变分原理建立大角度转动的、带层合板梁附件典型航天机构耦合动力学方程。通过浮动坐标系方法描述了层合板梁的运动几何关系,同时利用有限元离散方法描述了层合板梁的弹性变形。建模时,不仅考虑了层合板梁附件大角度转动和自身的弹性变形运动的耦合作用,还考虑了层合板梁附件的层合结构及本构关系对其自身弹性变形的影响。 从系统耦合动力学模型出发,依据数值方法,以定轴转动的层合板/梁为研究对象,对考虑层合结构和未考虑层合结构的层合板梁附件进行数值仿真,探讨了层合板梁附件的层合结构对系统动力学特性的影响规律。在此基础上,进一步探讨了层合板梁附件层合结构的具体参数——铺层角、铺层数和铺层方式,和航天机构运动参数——驱动约束、转速和转角对系统动力学性质的影响。通过分析仿真结果,验证考虑层合板梁附件层合结构的必要性及力学模型的合理性。 以大角度转动层合板进行运动实验验证,探讨了层合板附件的层合结构、转速等因素对系统动力学特性的影响。通过压电加速度传感器测量了层合板的角变形加速度,将模型数值分析结果与实验结果相比较,验证本文建立非线性模型的正确性与普适性。 最后,对全文进行总结,指出了本文研究的不足及未来研究工作的展望。
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