可展开双Ω薄壳结构动态特性测试与分析

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1、第２３卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．４２０１７年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１７可展开双Ω薄壳结构动态特性测试与分析卫剑征，丁海鑫，侯雪，谭惠丰（哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨１５００８０）摘要：针对一种碳纤维复合材料双Ω薄壳结构中折叠展开变形以及局部损伤对动态特性的影响问题，基于Ｒａｙｌｅｉｇｈ方程，引入了纤维复合材料结构中铺层相关因子，讨论卷曲展开程度及薄壁结构局部损伤对结构动态特性的影响程度；建立了双Ω薄壳结构的动态测试系统，采用了单点激励多点响应的动态测试方法，得到了双Ω薄壳结构分别在展开、卷曲收拢和局部屈曲破

2、坏后的一阶、二阶固有频率。测试结果验证了数值仿真结果的正确性，并表明卷曲后双Ω薄壳结构基频增大，局部屈曲破坏后的双Ω薄壳结构基频减小。关键词：双Ω截面；薄壳结构；动态；卷曲；碳纤维复合材料中图分类号：Ｖ４１４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１７）０４-０５５１-０５ＤｙｎａｍｉｃＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｅｐｌｏｙａｂｌｅＤｏｕｂｌｅ⁃ΩＴｈｉｎ⁃ＳｈｅｌｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＷＥＩＪｉａｎｚｈｅｎｇ，ＤＩＮＧＨａｉｘｉｎ，ＨＯＵＸｕｅ，ＴＡＮＨｕｉｆｅｎｇ（ＣｅｎｔｅｒｆｏｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒ

3、ｕｃｔｕｒｅｓ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｆａｒａｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｄａｍａｇｅａｎｄｆｏｌｄｅｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒ-ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｃｏｎｃｅｒｎｅｄ，ａｄｏｕｂｌｅ-Ωｔｈｉｎ-ｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｒｅｌａｔｅｄｌａｙｅｒｆａｃｔｏｒｗａｓｉｎ-ｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎＲａｙｌｅ

4、ｉｇｈｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｉｔｓｄｙｎａｍｉｃｓｙｓｔｅｍｗａｓａｌｓｏｂｕｉｌｔ，ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｘｃｉｔａｔｉｎｇａｔａｓｉｎｇｌｅ-ｐｏｉｎｔａｎｄｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｔｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｔｅｓｔｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅ-Ωｂｏｏｍｕｎｄｅｒｆｏｌｄｉｎｇ，ｕｎ-ｆｏｌｄｉｎｇｏｒｌｏｃａｌｃｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｎｕｍｅｒ

5、ｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｏｕｂｌｅ-Ωｔｈｉｎ-ｓｈｅｌｌｂｏｏｍｈａｄａｈｉｇｈｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｕｎｄｅｒｆｏｌｄｉｎｇａｎｄａｌｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｕｎｄｅｒｃｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ-Ωｂｏｏｍ；ｔｈｉｎｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｆｏｌｄｅｄ；ｃａｒｂｏｎｆｉｂｒｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａ-ｔｅｒｉａｌ化结构力学性能。对于太阳帆的展开支撑结构，１引言［３］Ｂｌｏｃｋｎ等研制了轻质可收拢伸展臂结构。［４］目前空间结构正在向大型化

6、、轻量化和智能Ｂｌａｎｄｉｎｏ研究了由伸展臂展开并支撑膜-骨架型化方向发展。空间伸展臂是构建大型空间结构基的太阳帆结构动力学特性，测试了伸展臂的静力［５］本部件，伸展臂刚度越大，大型空间结构的稳定性弯曲、动态响应。Ｒｏｈ讨论了形状记忆复合臂［１］越高。目前，已有多种伸展臂的设计方案，其的粘弹性行为，基于织物粘弹性的数值分析模型，中双Ω形薄壳结构被认为是性能最高的伸展臂考虑了纤维几何形状以及形状记忆特性。对于作［２］之一。Ｂａｒｔｏｎｂ等分析了应用在卫星上的空间为可展开结构之一的双Ω薄壳结构，具有折叠展大型伸展臂力学性能，并讨论了伸展臂空间热固开变横截面的特

7、点，该薄壳结构折叠时可被压平收稿日期：２０１７-０３-０９；修回日期：２０１７-０５-３１基金项目：中央高校基本科研专项资金资助（ＨＩＴ．ＭＫＳＴＩＳＰ．２０１６０９）第一作者：卫剑征，男，博士，副教授，研究方向为空间柔性可展开结构动力学。Ｅ-ｍａｉｌ：ｗｅｉｊｚ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ５５２载人航天第２３卷并缠绕在卷轴上，展开后弹性恢复为双Ω截面，［６］［７］增加弯曲和扭转刚度。Ｍａｒｔｉｎｅｚ和Ｓｉｃｋｉｎｇｅｒ利用复合材料取代金属材料来制备双Ω薄壳结［８］构。Ｈａｋｋａｋ针对双Ω薄壳结构的静力学特性，进行了弯曲和扭转的等效面力矩、应变能及扁平［９］状的

8、最大应力等分析。国内房光强等人对双Ω薄壳结构性能进行了优化设计，并