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形状记忆聚合物复合材料空间可展开天线结构的研究

作　者: 阳鹏
导　师: 冷劲松
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 形状记忆聚合物复合材料力学性能可展开天线展开性能测试精度测量
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文对基于形状记忆聚合物复合材料的空间可展开天线结构开展研究。本文研究了一种面向航天使用需求的环氧形状记忆聚合物,完成了碳纤维增强的环氧形状记忆聚合物复合材料的制备,表征了其基本热-力学性能,并重点考察了其在模拟空间热环境下的性能。在此基础上,完成了基于该复合材料的空间片层可展开天线结构的设计、研制、展开验证及其型面精度的测量。针对其结构的缺点提出一种充气可展开天线结构,对其进行了初步的结构设计和有限元模拟。首先,作者利用所在研究小组自行合成的环氧形状记忆聚合物,制备了碳纤维增强的环氧形状记忆聚合物复合材料。该材料不但化学稳定性和热-力学性能优良,而且其形状记忆性能良好,在玻璃化转变温度附近的可回复应变较大,在模拟空间热环境(-100°C到+100°C温度环境)的基本热-力学性能良好,玻璃化转变温度适宜(120°C)。在经历多次弯曲变形循环后,其变形回复率保持较高水平。其次,完成了基于纤维布增强形状记忆复合材料的空间可展开天线结构的设计、研制、展开验证和型面精度测量。优化设计了形状记忆复合材料片层驱动结构,设计了该复合材料片层的厚度、横截面的圆弧角度和加热方式等关键参数。研制了口径约80cm的空间片层可展开天线原理样机,实现了其电驱动展开(电压20V、功率54W、展开时间120s、展开折叠体积比大于3:1),展开速度在展开回复过程中先增大后减小,展开加速度先为正值并逐渐增大,之后减小并转为负值直至完全展开。对该天线进行了室内环境下的型面精度测量,其型面精度为6.796mm。最后,在对通过形状记忆聚合物复合材料固体表面天线和形状记忆聚合物复合材料片层可展开天线优缺点进行分析后,提出了一种集两者优点于一体的充气可展开天线的初步设计方案,并对其进行了有限元模拟分析。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-19
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 空间可展开天线概述  8-16
    1.2.1 空间可展开天线的分类及其研究现状  8-12
    1.2.2 形状记忆聚合物及其复合材料在空间可展开结构中的应用  12-16
  1.3 形状记忆聚合物复合材料变形机理及优点  16-18
  1.4 本文研究主要内容  18-19
第2章碳纤维布增强形状记忆复合材料的制备及其力学性能表征  19-29
  2.1 引言  19-20
  2.2 形状记忆复合材料的制备  20
  2.3 动态力学性能测试  20-21
  2.4 静态力学性能测试  21-27
    2.4.1 常温拉伸测试  21-22
    2.4.2 高低温静态力学测试  22-26
    2.4.3 三点弯曲性能  26-27
  2.5 回复性能测试  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第3章片层可展开天线结构设计及其展开性能测试  29-48
  3.1 引言  29
  3.2 片层可展开天线结构的设计  29-36
    3.2.1 天线的片层设计  29-34
    3.2.2 天线的其他构件设计  34-36
  3.3 片层可展开天线模型及其展开性能测试  36-42
    3.3.1 片层可展开天线模型  36-39
    3.3.2 加热功率  39
    3.3.3 片层可展开天线的展开及性能  39-42
  3.4 片层可展开天线精度的测量  42-46
    3.4.1 天线精度测量方法简述  42-43
    3.4.2 测量系统简介  43-44
    3.4.3 反射面精度测量  44-46
  3.5 本章小结  46-48
第4章充气可展开天线结构初步设计和模拟  48-55
  4.1 引言  48
  4.2 充气可展开天线结构的提出  48-51
    4.2.1 形状记忆聚合物复合材料固体表面天线展开实验  48-50
    4.2.2 两种可展开天线优缺点分析  50-51
  4.3 充气可展开天线结构初步设计  51-52
  4.4 充气可展开天线有限元模拟分析  52-54
  4.5 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-61
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  61-63
致谢  63

形状记忆聚合物复合材料空间可展开天线结构的研究

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