[發明專利]一種大型單K節點三角形桁架加勁環及集成張力施加方法

有效

• 申請號: 201910707533.6
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110395409B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 陳務軍;胡建輝;徐建東;楊鈞
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;新譽集團有限公司
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B64C1/06;B64F5/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種大型單K節點三角形桁架加勁環，其特征在于，包括單K節點三角形桁架圓環、一體化中心轂和徑向拉桿，其中所述單K節點三角形桁架圓環通過所述徑向拉桿連接所述一體化中心轂；所述單K節點三角形桁架圓環由n個標準節段拼接，其中所述標準節段包括外弦管、內弦管、腹桿管、單K節點和基準三角形框；所述一體化中心轂包括轂軸管和轂盤節點；所述徑向拉桿為2n根，繞所述一體化中心轂呈紡錘形環向均勻布置。本發明還提供了一種大型單K節點三角形桁架加勁環的集成張力施加方法。本發明可提高復合材料桁架的整體剛度，載荷變形能力和穩定性能，可應用于大型航空飛行器結構以及航天空間裝配式平臺。

技術領域

本發明涉及復合材料結構技術領域，尤其涉及一種大型單K節點三角形桁架加勁環與集成張力施加方法。

背景技術

復合材料具有輕質、高強、高剛、耐疲勞等特點，并且具有可設計性和工藝性，廣泛應用于航空航天和現代工業領域。在航空領域，復合材料結構比例不斷增加，目前國外先進飛機中已超40％，已經成為衡量飛機先進性的核心技術指標。在大型衛星平臺、空間站平臺、軌道探測器，以及現代飛艇結構中，如平流層飛艇，高空太陽能無人機等，也采用復合材料桁架結構或組合結構。

目前階段關于復合材料桁架結構有很多研究，例如IsoTruss^TM結構，縱桿連續，螺旋斜桿構成等邊三角形，從概念上可以構成非常優異的力學性能直線桁架，但是構型非常復雜，需要整體纏繞編織成型，難以實現大尺度、大承載結構；全復合材料桁架結構—三角形截面復合材料整體桁架結構，其核心是需要纖維整體纏繞制備，并制備了6m長桁架，進行了承載試驗研究，但難以用于大型的環形桁架；專利“一種大尺度加勁環拼接式三角形桁架(CN201910275698.0)”，發明了一種加勁環復合材料薄壁管桁架，所述桁架為三角形截面，有雙K節點和單K節點，雙K節點是單K節點數2倍。雙K節點制作工藝仍較復雜，外弦一側為單K節點，一側單K和雙K間隔，構型不一致，受力非對稱；節段模塊的三角形連接板結構效率低、重量較大；轂軸連接復雜、傳力不直接、構件和節點數量多、重量大；通過徑向拉桿直接集成，張拉和調節控制張力，需要大量工裝和張拉設備，張力施加和控制過程比較復雜。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種構型一致、節點制作簡潔、集成和施加張力簡單有效的加勁環結構，解決現有技術存在的重量大、構型復雜、制作困難、剛度低、張力施加復雜且難度大的問題。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是實現大型輕質高剛度桁架加勁環及其張力施加。

為實現上述目的，本發明提供了一種大型單K節點三角形桁架加勁環，其特征在于，包括單K節點三角形桁架圓環、一體化中心轂和徑向拉桿，其中所述單K節點三角形桁架圓環通過所述徑向拉桿連接所述一體化中心轂；

所述單K節點三角形桁架圓環由n個標準節段拼接，其中所述標準節段包括外弦管、內弦管、腹桿管、單K節點和基準三角形框，優選地，n為4的倍數，圓環呈正交1/4對稱，所述外弦管、內弦管、腹桿管全部通過3m個單K型節點拼接，m為所述外弦管和所述內弦管等份分位點；所述一體化中心轂包括轂軸管和轂盤節點；所述徑向拉桿為2n根，繞所述一體化中心轂呈紡錘形環向均勻布置。

進一步地，所述單K型節點為模壓成形標準節點，為4通套管接頭或連接板接頭。

進一步地，所述單K型節點采用碳纖維增強環氧樹脂復合材料，預浸料三維鋪層成形，優選地，三維編織成形。

進一步地，所述外弦管、所述內弦管、所述腹桿管為超薄壁管，均由高性能CFRP制成，優選地，所述超薄壁管的徑厚比60-100。

進一步地，所述基準三角形框為等邊或等腰三角形，優選的，等腰三角形最小角不小于45°。