[发明专利]航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置及其应用方法

说明书

本发明公开一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置及其应用方法，测试装置包括垂直悬吊子系统、拉伸子系统、力传感子系统和位移测量子系统；垂直悬吊子系统用于实现豆荚杆的竖直悬吊安装；拉伸子系统包括拉绳、竖直高度位置可调整的滑轮、固定滑轮以及拉力产生装置等，用于对豆荚杆施加拉力并产生变形；力传感子系统用于测量拉绳拉力；所述位移测量子系统用于测量豆荚杆末端位移。本发明提出的测试装置克服了豆荚杆自身重力对结果的影响，提高了测试准确度，且豆荚杆所受拉力牵引方向可以自动调节，能克服变形造成的拉力夹角变化，更好地模拟航天真实应用场景。此外，本发明具有测试结果可信度高、测试方法较为简便等特点。

技术领域

本发明属于实验力学和材料力学性能表征技术领域，具体涉及一种航天器用豆荚杆结构可承受极限拉力测试装置及其应用方法。

背景技术

豆荚杆是一种由纤维增强树脂基复合材料制成的、可压平后卷曲收拢的薄壁管状杆，由于其在展开状态下的横截面形状呈现出由对称的双Ω构成的豆荚状，故得名豆荚杆。豆荚杆具有质量轻、刚度相对较大、收拢效率高、展开过程可靠、可重复性强、热膨胀系数小等优点，是一种良好的支撑结构形式，为大尺寸航天器可展开支撑杆结构技术方案的解决提供了一种新的技术选择与手段。目前，豆荚杆常用作太阳帆航天器、空间薄膜天线等结构中的支撑承力构件。

根据牛顿第三定律，在太空实际应用中，豆荚杆作为一种承力支撑部件，在它为被支撑物(例如反光薄膜帆面或天线阵面等)提供支撑力的同时，其自身必然受到被支撑物(的反作用力载荷，这种载荷力通常表现为一种拉力的形式。由于豆荚杆的刚度是有限的，在过大的外部拉力作用下，豆荚杆将会发生屈曲等失稳现象，甚至严重时还会造成结构破坏，也就是说，过大的拉力将会使豆荚杆超出其承载能力范围，因此，需要采取一定的技术手段来确定豆荚杆可承受的极限拉力值，为其航天应用提供关键参数支持。

目前现有的技术途径主要是依赖理论数值仿真的方式来对豆荚杆可承受的极限拉力值进行估计。但是，由于豆荚杆采用多层复合材料制造，其结构力学参数往往难以准确给出，精确数学模型的建立也十分困难，由此带来的问题是通过理论仿真计算获取的结果往往准确度不高。因此，急需采取力学试验测试的方式对豆荚杆可承受的极限拉力进行确定。

期刊文献“空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验”(作者：蔡祈耀，陈务军，张大旭，等；期刊：上海交通大学学报(自然版)；年份：2016；卷期：50(1)；页码：145-151)为掌握悬臂状态豆荚杆的受力性能，分别以截面2个对称轴为中性轴，对悬臂豆荚杆进行末端加载试验，得到了屈曲荷载及屈曲特性。试验装置主要包括夹具、钢架、钢丝绳和万能试验机等。

专利CN 110579302 A(申请号：201910790664.5；申请日：2019.08.26)公开了一种离心力式物体最大拉力检测装置，该装置利用离心力进行检测，具有反向螺纹结构旋转式有效距离调节机构和螺纹结构连接组合式重物变换机构，是一种机械式检测装置。

专利CN 103018160 B(申请号：201210528158.7；申请日：2012.12.10)公开了一种定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试方法及装置，该装置包括万能材料试验机、载荷传感器、CCD相机、监视器、图像处理卡、计算机和数据处理卡等，通过建立涂镀层-基底应力应变历史与剥离特征之间的关系来表征薄膜材料的界面结合性能。

综上所述，现有的技术文献和资料中还鲜有关于航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置或方法的报道，无法为该技术问题的解决提供直接的技术参考或借鉴。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置及其应用方法，旨在解决现有技术手段通过理论仿真计算所获取的豆荚杆可承受极限拉力结果准确度不高的技术难题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，包括垂直悬吊子系统、拉伸子系统、力传感子系统和位移测量子系统；