[發明專利]航天器用豆莢桿可承受極限拉力測試裝置及其應用方法

有效

• 申請號: 202011394766.4
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112630024B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 劉望;李東旭;王杰;周國華;廖一寰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04;G01N3/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙朕毅

本發明公開一種航天器用豆莢桿可承受極限拉力測試裝置及其應用方法，測試裝置包括垂直懸吊子系統、拉伸子系統、力傳感子系統和位移測量子系統；垂直懸吊子系統用于實現豆莢桿的豎直懸吊安裝；拉伸子系統包括拉繩、豎直高度位置可調整的滑輪、固定滑輪以及拉力產生裝置等，用于對豆莢桿施加拉力并產生變形；力傳感子系統用于測量拉繩拉力；所述位移測量子系統用于測量豆莢桿末端位移。本發明提出的測試裝置克服了豆莢桿自身重力對結果的影響，提高了測試準確度，且豆莢桿所受拉力牽引方向可以自動調節，能克服變形造成的拉力夾角變化，更好地模擬航天真實應用場景。此外，本發明具有測試結果可信度高、測試方法較為簡便等特點。

技術領域

本發明屬于實驗力學和材料力學性能表征技術領域，具體涉及一種航天器用豆莢桿結構可承受極限拉力測試裝置及其應用方法。

背景技術

豆莢桿是一種由纖維增強樹脂基復合材料制成的、可壓平后卷曲收攏的薄壁管狀桿，由于其在展開狀態下的橫截面形狀呈現出由對稱的雙Ω構成的豆莢狀，故得名豆莢桿。豆莢桿具有質量輕、剛度相對較大、收攏效率高、展開過程可靠、可重復性強、熱膨脹系數小等優點，是一種良好的支撐結構形式，為大尺寸航天器可展開支撐桿結構技術方案的解決提供了一種新的技術選擇與手段。目前，豆莢桿常用作太陽帆航天器、空間薄膜天線等結構中的支撐承力構件。

根據牛頓第三定律，在太空實際應用中，豆莢桿作為一種承力支撐部件，在它為被支撐物(例如反光薄膜帆面或天線陣面等)提供支撐力的同時，其自身必然受到被支撐物(的反作用力載荷，這種載荷力通常表現為一種拉力的形式。由于豆莢桿的剛度是有限的，在過大的外部拉力作用下，豆莢桿將會發生屈曲等失穩現象，甚至嚴重時還會造成結構破壞，也就是說，過大的拉力將會使豆莢桿超出其承載能力范圍，因此，需要采取一定的技術手段來確定豆莢桿可承受的極限拉力值，為其航天應用提供關鍵參數支持。

目前現有的技術途徑主要是依賴理論數值仿真的方式來對豆莢桿可承受的極限拉力值進行估計。但是，由于豆莢桿采用多層復合材料制造，其結構力學參數往往難以準確給出，精確數學模型的建立也十分困難，由此帶來的問題是通過理論仿真計算獲取的結果往往準確度不高。因此，急需采取力學試驗測試的方式對豆莢桿可承受的極限拉力進行確定。

期刊文獻“空間薄壁CFRP豆莢桿懸臂屈曲分析及試驗”(作者：蔡祈耀，陳務軍，張大旭，等；期刊：上海交通大學學報(自然版)；年份：2016；卷期：50(1)；頁碼：145-151)為掌握懸臂狀態豆莢桿的受力性能，分別以截面2個對稱軸為中性軸，對懸臂豆莢桿進行末端加載試驗，得到了屈曲荷載及屈曲特性。試驗裝置主要包括夾具、鋼架、鋼絲繩和萬能試驗機等。

專利CN 110579302 A(申請號：201910790664.5；申請日：2019.08.26)公開了一種離心力式物體最大拉力檢測裝置，該裝置利用離心力進行檢測，具有反向螺紋結構旋轉式有效距離調節機構和螺紋結構連接組合式重物變換機構，是一種機械式檢測裝置。

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綜上所述，現有的技術文獻和資料中還鮮有關于航天器用豆莢桿可承受極限拉力測試裝置或方法的報道，無法為該技術問題的解決提供直接的技術參考或借鑒。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種航天器用豆莢桿可承受極限拉力測試裝置及其應用方法，旨在解決現有技術手段通過理論仿真計算所獲取的豆莢桿可承受極限拉力結果準確度不高的技術難題。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種航天器用豆莢桿可承受極限拉力測試裝置，包括垂直懸吊子系統、拉伸子系統、力傳感子系統和位移測量子系統；