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音像空间超弹可展开机构设计与优化杨慧
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章 绪论 001 1.1 概述 001 1.2 空间超弹可展开机构类型 002 1.2.1 充气式可展开机构 002 1.2.2 形状记忆型可展开机构 003 1.. 超弹铰链驱动可展开机构 004 1.2.4 超弹伸杆驱动可展开机构 006 1.3 空间超弹可展开机构力学特研究 008 1.4 空间超弹可展开机构主要研究内容 009 1.5 本章小结 011 参考文献 011 第2章 薄壁壳体弯曲理论 014 2.1 概述 014 2.2 壳体单元的广义胡克定律 015 2.2.1 剪切变形和基尔霍夫设 015 2.2.2 平面壳体广义胡克定律 016 2.. 应变能 020 . 对称载荷下的圆柱壳体受力分析 021 ..1 基本方程 021 ..2 控制方程及其解 0 2.4 本章小结 024 参考文献 024 第3章 空间可展开机构能优化的理论基础 026 3.1 概述 026 3.2 代理模型方法 027 3.2.1 多项式响应面法 027 3.2.2 径向基函数法 028 3.. Kriging 响应面法 030 3.2.4 反向传递神经网络法 032 3.3 实验设计方法 033 3.3.1 全因子实验设计 034 3.3.2 正交实验设计 034 3.3.3 拉丁超立方实验设计 035 3.4 本章小结 036 参考文献 036 第4章 超弹铰链力矩特理论建模 038 4.1 概述 038 4.2 单带簧超弹铰链峰值力矩建模分析 039 4.2.1 经典非线弯曲力学特 039 4.2.2 单带簧纯弯曲应变能数学建模 043 4.3 多带簧超弹铰链力矩建模分析 052 4.3.1 多带簧超弹铰链稳态力矩模型 052 4.3.2 对向多带簧超弹铰链折叠峰值力矩建模 053 4.3.3 背向超弹铰链折叠峰值力矩建模 057 4.3.4 参数研究 060 4.4 折叠峰值力矩和稳态力矩实验验 063 4.4.1 铰链材料能测试 063 4.4.2 单带簧超弹铰链弯曲实验 064 4.4.3 多带簧超弹铰链弯曲实验 070 4.5 本章小结 075 参考文献 075 第5章 超弹铰链缠展过程力学能分析与优化 077 5.1 概述 077 5.2 整体式双缝超弹铰链力学能优化 078 5.2.1 有限元模型及其实验验 078 5.2.2 多项式代理模型 080 5.. 准静态多目标优化 084 5.2.4 几何参数研究 087 5.3 对向双层超弹铰链力学能优化 091 5.3.1 有限元模型及其实验验 091 5.3.2 准静态折展代理模型 094 5.3.3 准静态折展优化 096 5.4 对向超弹铰链展开过程分析与优化 098 5.4.1 展开动力学实验 098 5.4.2 对向双层超弹铰链模型修正 103 5.4.3 多项式代理模型 105 5.4.4 展开过冲角度和锁定时间优化 107 5.5 本章小结 109 参考文献 110 第6章 超弹三棱柱伸展臂等效建模与实验 111 6.1 概述 111 6.2 超弹三棱柱伸展臂等效梁建模 112 6.2.1 超弹三棱柱伸展臂设计与等效流程 112 6.2.2 超弹三棱柱伸展臂单元应变能与动能计算 114 6.. 连续梁理论的应用 122 6.2.4 超弹三棱柱伸展臂连续梁等效模型建立 1 6.2.5 超弹三棱柱伸展臂模态理论分析 124 6.2.6 展开状态模态分析 127 6.3 静力学分析 130 6.3.1 弯曲刚度 130 6.3.2 拉伸刚度 133 6.3.3 压缩刚度 134 6.4 超弹三棱柱伸展臂实验研究 135 6.4.1 静刚度实验 136 6.4.2 展开重复精度测试 138 6.4.3 基频测试分析 139 6.5 本章小结 144 参考文献 145 第7章 双层环形天线超弹可展开机构设计 146 7.1 概述 146 7.2 双层环形天线超弹可展开机构的构型优选 146 7.2.1 基本可展开单元构建 146 7.2.2 双层环形天线超弹可展开机构构建 148 7.. 双层环形天线超弹可展开机构动力学特公式化建模 153 7.2.4 不同口径下双层结构形式的选择 154 7.2.5 双层环形天线超弹可展开机构可展开条件分析 157 7.3 内外层环形天线超弹可展开天线机构设计 158 7.3.1 内外层展开单元的展开驱动设计 158 7.3.2 内外层展开机构单元设计 160 7.3.3 内外层展开单元几何参数优化设计 161 7.3.4 双层环形天线可展开机构模态分析 162 7.3.5 双层环形天线超弹可展开机构 165 7.4 环形天线可展开机构样机研制及实验分析 166 7.4.1 单层环状天线可展开单元样机研制及实验 166 7.4.2 双层环形天线可展开单元研制及实验分析 170 7.5 本章小结 171 参考文献 172 第8章 人形杆单侧驱动可展开机构设计与优化 173 8.1 概述 173 8.2 人形杆压扁过程应力分析 173 8.3 人形杆缠绕过程能优化 178 8.3.1 缠绕过程有限元模型 178 8.3.2 缠绕过程代理模型 181 8.3.3 缠绕过程优化 184 8.4 人形杆单侧驱动机构设计与实验研究 186 8.4.1 单侧驱动机构整体结构设计 186 8.4.2 径向高刚度预紧机构 187 8.4.3 单侧驱动机构展收实验验 188 8.5 本章小结 189 参考文献 190 第9章 开口超弹伸杆纯弯曲力矩建模与优化 191 9.1 概述 191 9.2 M 形杆纯弯曲峰值力矩建模与分析 192 9.2.1 单片弹伸杆弯矩求解 192 9.2.2 M 形杆中的单片杆力矩模型 197 9.. M 形杆弯曲力矩建模分析 199 9.2.4 实验验 205 9.3 N 形杆压扁过程分析与展开态刚度优化 209 9.3.1 N 形杆压扁过程应力分析 209 9.3.2 N 形杆展开态刚度优化 213 9.4 C 形杆缠绕和展开过程能优化 220 9.4.1 有限元模型 220 9.4.2 代理模型 220 9.4.3 C 形杆缠绕和展开过程优化 2 9.5 本章小结 2 参考文献 224 0章 封闭截面超弹伸杆力学特分析 225 10.1 概述 225 10.2 单元胞豆荚蜂窝杆压扁过程能分析 226 10.2.1 几何模型 226 10.2.2 单元胞豆荚蜂窝杆压扁过程有限元模型 227 10.. 径向基函数代理模型 228 10.2.4 单元胞豆荚蜂窝杆压扁过程能优化 229 10.3 四元胞豆荚蜂窝杆缠绕过程能优化 1 10.3.1 几何模型 1 10.3.2 四元胞豆荚蜂窝杆有限元模型 1 10.3.3 反向传递神经网络法代理模型 10.3.4 四元胞豆荚蜂窝杆缠绕过程能优化 5 10.4 本章小结 参考文献 1章 百米级抛物柱面天线折展机构设计与分析 11.1 概述 11.2 抛物柱面天线可展开机构设计 11.2.1 多超弹铰链抛物柱面天线可展开机构 11.2.2 M 形杆超弹抛物柱面天线可展开机构 245 11.3 天线折展机构静力学特分析 248 11.3.1 机构静力学分析 248 11.3.2 轴向拉伸刚度 249 11.3.3 轴向压缩刚度 252 11.4 超弹铰链驱动的机构运动学分析 255 11.4.1 纵向展开运动分析 255 11.4.2 横向展开运动分析 258 11.4.3 超弹铰链逐个展开的运动情况分析 260 11.5 本章小结 262 参考文献 263
杨慧,女,博士,安徽大学电气工程与自动化学院副教授。2015年杨慧于哈尔滨工业大学航空宇航制造工程专业获工学博士,2011年于哈尔滨工业大学机器人技术与系统重点实验室获硕士。2015~2021年任职于安徽大学,2022年1月起任教于燕山大学机械工程学院机器人重点实验室,研究方向:宇航空间可折展机构、机器人、变形翼骨架机构等。主讲《机械原理》、《机械设计》、《工程制图》和《机器人技术》等课程,主持“2020年省级线下课程-机械原理”1项。
本书概述了空间超弹可展开机构的特点与分类、发展现状与应用情况,系统介绍了空间超弹可展开机构的设计理论与优化方法。全书共分为11章,分别介绍了空间超弹可展开机构的国内外研究现状,薄壁壳体弯曲理论,空间可展开机构能优化的理论基础,超弹铰链力矩特理论建模,超弹铰链缠绕过程力学能分析与优化,超弹三棱柱伸展臂等效建模与实验,双层环形天线超弹可展开机构设计,人形杆单侧驱动可展开机构设计与优化,开口超弹伸杆纯弯曲力矩建模与优化,封闭截面超弹伸杆力学特分析,百米级抛物柱面天线折展机构设计与分析,以期丰富和完善空间超弹可展开机构的理论体系,进一步推动空间超弹可展开机构的应用。本书面向航天领域的科研工作者,同时亦可供高等院校航空宇航科学与技术、机械工程等相关专业的师生参考。
宇航领域的研究与发展对太空探测、军事防御、通、环境监测等至关重要。宇航技术的科研与应用也越来越受到重视。本书是宇航领域基础研究的重要分支,主要是针对空间超弹可折展机构的设计与优化展开的,主要介绍了空间超弹可展开机构的功能、需求、特点与应用,以及超弹可展开机构中超弹铰链和超弹伸杆理论分析、与优化。本书有以下两大特色: (1)内容系统,逻辑清晰。 本书从建模理论、试验设计、实验分析等角度全面系统地介绍了空间超弹可折展机构的设计与优化理论与方法、章节编排上也是按照由易到难逐层推进的原则安排的。内容系统,逻辑清晰。 (2)前沿理论,意义重大。本书研究的内容是宇航领域的基础理论,对行业的发展有重要影响。通过本书内容,以期丰富和完善空间超弹可展开机构的结构类型,为进一步推动空间超弹可展开机构在薄膜天线、太阳帆和阻力帆中的应用。
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