[发明专利]一种双稳态复合材料扭转结构收展方法

说明书

本发明涉及一种双稳态复合材料扭转结构收展方法，包括以下步骤：收拢：对双稳态复合材料扭转结构中位于两端部的硬质辐条施加相向的轴向位移，使两端的硬质辐条相对转动，双稳态复合材料扭转结构开始扭转；随后发生跳变，双稳态复合材料扭转结构处于收拢稳态构型；展开：对双稳态复合材料扭转结构中位于两端部的硬质辐条施加背向的轴向位移，使两端的硬质辐条相对转动，双稳态复合材料扭转结构沿轴向方向展开，随后跳变到展开稳态构型。本发明实现扭转结构在相对位移作用下稳态构型间的重复跳变，无需持续能量输入即可实现结构稳定扭转变形，为双稳态复合材料扭转结构在航空航天扭转机构、能量收集系统等领域的应用提供了必要的指导。

技术领域：

本发明涉及一种双稳态复合材料扭转结构收展方法。

背景技术：

扭转作为结构构件受力的基本形式之一，在自然界和日常生活中十分常见。现有的扭转结构多为金属铰链和刚性连杆结构，结构复杂笨重，且需要定期润滑维修。随着结构轻量化设计要求的不断提高，亟需设计一种轻质高强、结构简单的扭转结构。

发明内容：

本发明的目的是提供一种双稳态复合材料扭转结构收展方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双稳态复合材料扭转结构收展方法，包括以下步骤：

收拢：对双稳态复合材料扭转结构中位于两端部的硬质辐条施加相向的轴向位移，使两端的硬质辐条相对转动，此时双稳态复合材料扭转结构开始扭转；随后发生跳变，双稳态复合材料扭转结构处于收拢稳态构型；

展开：在收拢稳态构型下，对双稳态复合材料扭转结构中位于两端部的硬质辐条施加背向的轴向位移，使两端的硬质辐条相对转动，双稳态复合材料扭转结构沿轴向方向展开，随后跳变到展开稳态构型。

进一步的，双稳态复合材料扭转结构包括两根具有相同几何构型的复合材料薄壳、设于两根复合材料薄壳之间的至少两根硬质辐条，至少两根硬质辐条沿复合材料薄壳的轴线方向并排间隔分布，所述复合材料薄壳的截面呈圆弧状，两根复合材料薄壳对称分布在硬质辐条的两侧，两根复合材料薄壳以硬质辐条的长度为间距且凹面相对设置，所述硬质辐条垂直于复合材料薄壳轴线，硬质辐条的端部固定在复合材料薄壳的凹面。

进一步的，所述复合材料薄壳的展开截面圆心角为β，半径为r，长度为L，且满足：πr≤L，π/6＜β＜2π-arcsin(d₀/2r)，其中：d₀为硬质辐条的直径。

进一步的，所述复合材料薄壳采用单向反对称铺层或平纹对称铺层方式，铺层角为α，其中：π/6≤α≤π/3。

进一步的，所述复合材料薄壳的厚度δ与曲率半径r之比小于1/20。

进一步的，所述硬质辐条长度为2R，间距为a，且满足：

其中：d₀为所述硬质辐条直径，且d₀＜2rsin(β/2)。

进一步的，相邻两根硬质辐条的间距为a，其中：

进一步的，所述硬质辐条与复合材料薄壳相对转动角度为θ，其中：-π/2≤θ≤π/2。

进一步的，所述硬质辐条与复合材料薄壳固定连接处采用点接触。

进一步的，双稳态复合材料扭转结构具有左旋和右旋两种扭转方式。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，实现了双稳态复合材料扭转结构在相对位移作用下稳态构型间的重复跳变，无需持续能量输入即可实现结构稳定扭转变形，为双稳态复合材料扭转结构在航空航天扭转机构、能量收集系统等领域的应用提供了必要的指导。

附图说明：

图1是本发明实施例处于展开稳态构型时的结构示意图；