[发明专利]一种大型单K节点三角形桁架加劲环及集成张力施加方法

说明书

本发明公开了一种大型单K节点三角形桁架加劲环，其特征在于，包括单K节点三角形桁架圆环、一体化中心毂和径向拉杆，其中所述单K节点三角形桁架圆环通过所述径向拉杆连接所述一体化中心毂；所述单K节点三角形桁架圆环由n个标准节段拼接，其中所述标准节段包括外弦管、内弦管、腹杆管、单K节点和基准三角形框；所述一体化中心毂包括毂轴管和毂盘节点；所述径向拉杆为2n根，绕所述一体化中心毂呈纺锤形环向均匀布置。本发明还提供了一种大型单K节点三角形桁架加劲环的集成张力施加方法。本发明可提高复合材料桁架的整体刚度，载荷变形能力和稳定性能，可应用于大型航空飞行器结构以及航天空间装配式平台。

技术领域

本发明涉及复合材料结构技术领域，尤其涉及一种大型单K节点三角形桁架加劲环与集成张力施加方法。

背景技术

复合材料具有轻质、高强、高刚、耐疲劳等特点，并且具有可设计性和工艺性，广泛应用于航空航天和现代工业领域。在航空领域，复合材料结构比例不断增加，目前国外先进飞机中已超40％，已经成为衡量飞机先进性的核心技术指标。在大型卫星平台、空间站平台、轨道探测器，以及现代飞艇结构中，如平流层飞艇，高空太阳能无人机等，也采用复合材料桁架结构或组合结构。

目前阶段关于复合材料桁架结构有很多研究，例如IsoTruss^TM结构，纵杆连续，螺旋斜杆构成等边三角形，从概念上可以构成非常优异的力学性能直线桁架，但是构型非常复杂，需要整体缠绕编织成型，难以实现大尺度、大承载结构；全复合材料桁架结构—三角形截面复合材料整体桁架结构，其核心是需要纤维整体缠绕制备，并制备了6m长桁架，进行了承载试验研究，但难以用于大型的环形桁架；专利“一种大尺度加劲环拼接式三角形桁架(CN201910275698.0)”，发明了一种加劲环复合材料薄壁管桁架，所述桁架为三角形截面，有双K节点和单K节点，双K节点是单K节点数2倍。双K节点制作工艺仍较复杂，外弦一侧为单K节点，一侧单K和双K间隔，构型不一致，受力非对称；节段模块的三角形连接板结构效率低、重量较大；毂轴连接复杂、传力不直接、构件和节点数量多、重量大；通过径向拉杆直接集成，张拉和调节控制张力，需要大量工装和张拉设备，张力施加和控制过程比较复杂。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种构型一致、节点制作简洁、集成和施加张力简单有效的加劲环结构，解决现有技术存在的重量大、构型复杂、制作困难、刚度低、张力施加复杂且难度大的问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是实现大型轻质高刚度桁架加劲环及其张力施加。

为实现上述目的，本发明提供了一种大型单K节点三角形桁架加劲环，其特征在于，包括单K节点三角形桁架圆环、一体化中心毂和径向拉杆，其中所述单K节点三角形桁架圆环通过所述径向拉杆连接所述一体化中心毂；

所述单K节点三角形桁架圆环由n个标准节段拼接，其中所述标准节段包括外弦管、内弦管、腹杆管、单K节点和基准三角形框，优选地，n为4的倍数，圆环呈正交1/4对称，所述外弦管、内弦管、腹杆管全部通过3m个单K型节点拼接，m为所述外弦管和所述内弦管等份分位点；所述一体化中心毂包括毂轴管和毂盘节点；所述径向拉杆为2n根，绕所述一体化中心毂呈纺锤形环向均匀布置。

进一步地，所述单K型节点为模压成形标准节点，为4通套管接头或连接板接头。

进一步地，所述单K型节点采用碳纤维增强环氧树脂复合材料，预浸料三维铺层成形，优选地，三维编织成形。

进一步地，所述外弦管、所述内弦管、所述腹杆管为超薄壁管，均由高性能CFRP制成，优选地，所述超薄壁管的径厚比60-100。

进一步地，所述基准三角形框为等边或等腰三角形，优选的，等腰三角形最小角不小于45°。