三叉Bricard可折展机构的分析与大尺度网络组装研究

论文摘要

随着航天技术的发展,宇航空间机构的尺寸要求越来越大,而火箭等运载工具的有效运载空间却受限于动力和成本等因素难以增大。可折展机构具备折叠时占用空间小,展开后覆盖面积大的特点可以很好地解决这一问题。Bricard六连杆机构能够运用于可折展机构中,本文针对Bricard六连杆机构的一种衍生形式即三叉可折展机构进行研究。因为目前对三叉可折展机构的研究较少,而且三叉可折展机构具备一些自身的优点,所以有必要开展相关的研究。本文阐述了三叉可折展机构中各杆件的长度和各杆件的连接方式,并对三叉可折展机构的自由度进行了分析。基于D H法,本文对三叉可折展机构的运动学进行了分析,在运动学的基础之上建立了三叉可折展机构的拉格朗日动力学方程,并对动力学微分方程通过Matlab编程进行了求解,还对提高三叉可折展机构的运动平滑性及折展速度进行了研究。基于密铺平面理论(Tilings),本文提出了两种组装方式对三叉可折展机构进行大尺度网络组装,并对这两种组装方式进行了分析和比较。刚度是衡量大尺度可折展机构性能的一个重要指标。本文对三叉可折展机构组装成的大尺度网络提出了一种锁定方案;然后使用ANSYS软件对大尺度网络采用绳索刚化和刚性杆件刚化这两种刚化方式进行了分析和比较,并提出了较为理想的刚化方式,以便更好地运用于工程实践中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 可折展机构的概念和研究意义
• 1.2 可折展机构的历史及国内外研究现状
• 1.2.1 可折展机构的历史
• 1.2.2 可折展机构的国内外研究现状
• 1.3 可折展机构的应用
• 1.3.1 可折展机构的应用领域
• 1.3.2 可折展机构在航空航天领域运用的工程实例
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 三叉可折展机构
• 2.1 引言
• 2.2 三叉可折展机构的构型特征和几何条件
• 2.2.1 三叉可折展机构的构型特征
• 2.2.2 三叉可折展机构的几何条件
• 2.3 三叉可折展机构的自由度分析
• 2.4 三叉可折展机构的运动学分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 三叉可折展机构的动力学分析
• 3.1 前言
• 3.2 三叉可折展机构的动力学建模和分析
• 3.2.1 动力学方程
• 3.2.2 动力学方程的建立及分析
• 3.3 三叉可折展机构的运动平滑性研究
• 3.4 三叉可折展机构折展速度的研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 三叉可折展机构的组装及分析
• 4.1 引言
• 4.2 密铺平面理论（Tilings）
• 4.3 三叉可折展机构的两种组装形式
• 3 形式的组装及其特点'>4.3.1 6³形式的组装及其特点
• 6 形式的组装及其特点'>4.3.2 3⁶形式的组装及其特点
• 4.4 可折展机构组装后的性能分析和比较
• 4.4.1 可折展机构完全展开所覆盖的面积的分析和比较
• 4.4.2 可折展机构完全展开时单位面积内的质量的分析和比较
• 4.4.3 可折展机构完全展开时力学性能分析和比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 大尺度三叉可折展机构网络的刚化研究
• 5.1 引言
• 5.2 三叉可折展机构组装的大尺度网络展开后的锁定
• 5.3 闭环组装网络绳索刚化前后的刚度比较
• 3 形式组装的闭环网络的绳索刚化'>5.3.1 6³形式组装的闭环网络的绳索刚化
• 6 形式组装的闭环单元的绳索刚化'>5.3.2 3⁶形式组装的闭环单元的绳索刚化
• 5.4 大尺度可折展机构网络的刚化
• 3 形式组装的大尺度网络的刚化'>5.4.1 6³形式组装的大尺度网络的刚化
• 6 形式组装的大尺度网络的刚化'>5.4.2 3⁶形式组装的大尺度网络的刚化
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢