[发明专利]一种正交式可展结构压缩应变与作用力的预测方法和装置

说明书

本发明公开了一种正交式可展结构压缩应变与作用力的预测方法和装置，属于空间伸展结构技术领域，该方法包括以下步骤：计算豆荚子结构压缩变形后的最大应变值；计算羽毛子结构变形后的最大应变值；依据豆荚、羽毛子结构的最大应变值，计算正交式可展结构的最大应变值；基于豆荚子结构变形的力学特性第一关系，计算豆荚子结构变形时受到的纵向压缩力与纵向、横向变形量之间的关系；基于羽毛子结构变形的力学特性第二关系，计算羽毛子结构受到的横向挤压力与横向变形量之间的关系；依据第一、二关系的计算结果，计算得到所述可展结构纵向压缩力与纵向压缩量之间的关系。本发明公开的预测方法，通过公式即可完成预测，可节省人力、耗时少。

技术领域

本发明涉及空间伸展结构技术领域，尤其涉及一种正交式可展结构压缩应变与作用力的预测方法和装置。

背景技术

空间展开机构是航天器的重要组成部分，针对该机构的研究与改进是空间技术发展的重要课题，在这个背景下本领域技术人员提出并设计了一种正交式可展结构(类电磁波正交保持的层叠式弹性空间伸展臂)。正交式可展结构为弹性结构，要求实现结构压缩之后的精确回弹，需要保证压缩行程内的应力值不会超过材料的屈服强度。同时，作为空间弹性可展结构，需要得到其压缩刚度等力学参数作为设计参数。

通过样机试验与建模仿真可以了解可展结构压缩过程中的应变值与压缩力大小要求，但是需要浪费一定时间与资源，因此目前迫切需要本领域技术人员提供一种可以直接通过规格参数预测结构应变与作用力的技术手段，以简化设计工作。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种正交式可展结构压缩应变与作用力的预测方法，无需通过样机实验与建模仿真，通过公式即可预测某规格尺寸下的正交式可展结构压缩与回弹过程中的最大应变值与作用力，所需消耗的时间、人力资源少。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种正交式可展结构压缩应变与作用力的预测方法，其中，所述方法包括：

基于豆荚子结构的板厚与曲率半径，计算豆荚子结构压缩变形后的最大应变值；

基于豆荚子结构的曲率半径、弧度、豆荚子结构压平时最大横向变形量以及羽毛子结构的宽度和长度，计算羽毛子结构的最大应变值；

依据所述豆荚子结构压缩变形后的最大应变值与所述羽毛子结构的最大应变值，计算可展结构的最大应变值；

基于豆荚子结构变形的力学特性第一关系，计算豆荚子结构变形时受到的纵向压缩力与纵向、横向变形量之间的关系；

基于羽毛子结构变形的力学特性第二关系，计算羽毛子结构受到的横向挤压力与横向变形量之间的关系；

依据所述第一关系、第二关系的计算结果，计算得到所述可展结构纵向压缩力与纵向压缩量之间的关系。

进一步地，所述基于豆荚子结构的板厚与曲率半径，计算豆荚子结构压缩变形后的最大应变值的步骤，包括：

将所述豆荚子结构的弧形板的厚度与双倍曲率半径之商，确定为所述豆荚子结构压缩变形后的最大应变值。

进一步地，所述羽毛子结构的最大应变值通过如下公式计算得到：

其中，所述ε₂为所述羽毛子结构的最大应变值、所述E为羽毛子结构材料的弹性模量、所述l_z为羽毛子结构细梁受横向挤压力F_x时自由端的轴向变形量、所述t为羽毛子结构的厚度、所述k为羽毛子结构的宽度。

进一步地，所述豆荚子结构力学特性第一关系的计算公式分为两个阶段，第一阶段的第一公式如下：

c＝brln[(2r+h)/(2r-h)]-A