考慮斜拉索松弛的盤繞式伸展臂振動模型

韓建斌 黃 海 馬海波

(北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院，北京100191)

盤繞式伸展臂是一種空間伸展臂，廣泛用于太陽電池陣、探測臂等空間伸展機構(gòu).伸展臂完全展開后形成三角形截面桁架結(jié)構(gòu)，依靠橫桿、縱桿、斜拉索的相互作用保持穩(wěn)定.但其結(jié)構(gòu)特點又與普通桁架不同:

1) 橫桿處于彎曲狀態(tài)[1－2]，此時雖然承受一定壓力，但拉壓剛度很小[3];

2)斜拉索處于拉緊狀態(tài)，不能承受壓力，在變形較大時會發(fā)生松弛現(xiàn)象[4－6].

進入應(yīng)用以來，針對伸展臂展開狀態(tài)下的變形及振動特性研究[3，7－9]一直是盤繞式伸展臂研究工作的重要內(nèi)容.但由于斜拉索的松弛造成剛度的改變[10]，使得考慮斜拉索松弛的伸展臂振動研究有一定難度.理論上針對剛度隨變形階躍變化的分段線性剛度系統(tǒng)，在單自由度或多自由度下已有較為合適的方法可以借鑒[11－14]，但應(yīng)用在連續(xù)系統(tǒng)下還需要一定的變換.

本文以北航微小衛(wèi)星用盤繞式伸展臂為對象，在Ansys環(huán)境下建立了有限元模型，分別計算了斜拉索松弛前后兩種結(jié)構(gòu)下的伸展臂基頻.為研究振幅較大而使結(jié)構(gòu)不斷變換時盤繞式伸展臂的基頻特性，建立滿足分段線性剛度特性的等效連續(xù)梁模型.使用等價線性化方法，并代入斜拉索松弛判據(jù)及松弛前后兩種結(jié)構(gòu)下的基頻，得到伸展臂等效振動頻率隨端部振幅的變化關(guān)系.最后利用Ansys的瞬態(tài)分析對上述等效頻率結(jié)果進行了仿真驗證.該模型探討了一種考慮斜拉索松弛時……