形狀記憶復(fù)合材料的力學(xué)性能表征及其在空間可展開結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用.pdf

1、空間可展開天線作為航天器的重要組成部分，對實現(xiàn)航天器與控制臺的數(shù)據(jù)傳輸有著至關(guān)重要的作用。與此同時隨著材料科學(xué)的日新月異，一種可以實現(xiàn)自鎖、自支撐和自適應(yīng)的智能主動大變形新型智能材料，形狀記憶聚合物（shape memory polymers，SMPs），憑借其具有質(zhì)量輕、形狀變形率大、成本低等優(yōu)點逐漸成為國內(nèi)外研究的亮點。因此可以預(yù)見，如果將這種性能優(yōu)良的智能材料作為結(jié)構(gòu)承載材料，無論其在航空、航天還是能源領(lǐng)域的應(yīng)用前景都不可估量。<

2、br>　　本文以形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料的基本力學(xué)性能表征為起始點，設(shè)計并制作出一種基于形狀記憶復(fù)合材料的智能鉸鏈單元，并且將該智能鉸鏈單元應(yīng)用于空間可展開天線結(jié)構(gòu)之中。其中在對材料的基本力學(xué)性能表征方面，本文首先詳述了形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料的制備方法，然后通過激光切割將材料制成試驗件。之后對形狀記憶聚合物進(jìn)行的納米壓痕試驗則確切的表征了該種環(huán)氧基形狀記憶聚合物的硬度。其次在對形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)及靜態(tài)力學(xué)分析中，

3、相關(guān)的基本力學(xué)性能的表征，分別通過材料的靜態(tài)黏彈性試驗、動態(tài)黏彈性試驗與拉伸試驗得以實現(xiàn)。
　　在智能鉸鏈單元的設(shè)計方面，本文通過對形狀記憶復(fù)合材料片層殼體的理論建模分析與ABAQUS有限元仿真分析，優(yōu)化設(shè)計出了形狀記憶復(fù)合材料片層的基本尺寸。之后又利用類似的方法，設(shè)計并制作出了一系列智能鉸鏈原理樣機，并通過智能鉸鏈的展開測試探討了相關(guān)設(shè)計方案的可行性。
　　在基于智能鉸鏈單元的空間可展開天線方面，本文分別從可展開天線的運動

4、學(xué)分析與動力學(xué)分析入手，一方面在運動學(xué)建模分析中，通過對空間可展開天線建立運動學(xué)分析模型，構(gòu)建出各個天線基板質(zhì)心的運動學(xué)方程，并利用ADAMS虛擬樣機技術(shù)，仿真模擬出各個天線基板質(zhì)心的基本運動參數(shù)隨展開時間的曲線。另一方面在動力學(xué)分析中，基于條形傳遞函數(shù)半解析法建立了可展開天線的動力學(xué)解析模型，隨后利用ABAQUS有限元分析軟件對基于智能鉸鏈單元的可展開天線進(jìn)行了模態(tài)分析，并獲得了可展開天線的模態(tài)特性。最后通過懸掛法進(jìn)行的空間微重力環(huán)境