充气与展开结构的设计、分析与实验

摘要

随着生活水平的提高,传统结构形式在满足人们的需求的提升上已经潜力不大,而科学技术水平的提高,加工工艺的日趋成熟,新的结构设计的出现使得人们更加希望出现贴近自然的设计,折叠展开结构就是这样一种应运而生的贴近自然、贴近生活的结构形式,一般来说,此种结构具有位形的不确定性,在结构由收缩的状态向完全展开的结果体系转变的过程中具有大位移小应变的特点。
　　 从结构特性上来说,折叠结构可以分为柔性折叠结构和刚性折叠结构,柔性折叠结构主要以折叠膜结构为代表,结构的折叠特性由材料性质决定;刚性折叠结构主要以剪铰式和铰接式为主。本文在查阅国内外大量文献的基础上分别介绍了充气展开折叠膜结构和刚性折叠展开桥梁的研究现状,并依据课题联系项目分别设计制作了一种新型的陆基充气膜结构天线和轻型的军事级别步行桥:
　　 新型的陆基充气结构天线具有新型的结构形式,其外形为一个标准的球形,内部布置拼接反射面,通过维持上下球体的气压差形成反射面,周边通过索与地面实现可靠连接,这种结构形式的天线具有折叠率极高,轻质等优点,特别适用于紧急情况如地震,洪水,战争、远程医疗等的通讯力量部署、中续、或者重建.本文对膜结构形式的此种天线进行了静力和动力分析,并针对原来的振动加速度传感器测量轻质膜结构振动时的不适用性,采用基于matlab编程的双目视觉测量方法,可以时程跟踪振动点的振动以获得结构的基频等信息;针对寻找反射面焦点困难的情况,设计了一种具有三向自由度的调焦机构,采用轻质高强的有机玻璃制作,并具有足够的调节余量。
　　 在对轻型可展军用步行桥的设计中,采用基本的刚性折叠展开机构剪式铰和套筒为元素合成桥梁纵向的展开体系,并将桥面板作为同步展开元素加入其中,使得桥梁展开的同时桥面板自动铺设完毕并被锁定,极大的提高了结构的展开效率;设计了加劲桁架以承重不同级别的荷载;在对多种锁定机构研究的基础上选定了几种合理有效的锁定机构;并对结构进行展开实验和承重实验,实验证明设计能符合要求,锁定机构能正常工作;与有限元软件分析的结果具有可比性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 充气结构的应用与前景

1.2.1 充气结构建筑

1.2.2 空间领域的应用

1.2.3 其他领域的应用

1.3 军用桥梁研究现状

1.3.1 浮桥

1.3.2 冲击桥

1.3.3 贝雷桥

1.3.4 徒步桥

1.4 折展桥梁的研究现状

1.4.1 民用折叠桥

1.4.2 军用折叠桥

1.5 本文主要工作

第二章 充气天线制作与结构分析

2.1 引言

2.2 充气天线方案与制作

2.2.1 方案研究

2.2.2 充气天线制作

2.3 结构静力分析

2.3.1 膜单元

2.3.2 有限元分析

2.4 整体结构的频率分析

2.5 本章小结

第三章 充气结构实验

3.1 引言

3.2 充气结构精度测量

3.3 结构频率之视频测量方法

3.3.1 测量理论

3.3.2 Matlab Calibration Toolbox介绍

3.3.3 摄像机标定过程

3.3.4 振动视频测量实验

3.4 结构电性能实验测试

3.4.1 相关知识介绍

3.4.2 实验介绍

3.4.3 实验结果

3.5 本章小结

第四章 轻型军用可展桥梁设计

4.1 引言

4.2 展开单元与锁定装置

4.2.1 一维剪式铰单元

4.2.2 套筒单元

4.2.3 折叠板单元

4.2.4 驱动与锁定装置

4.3 可展桥梁结构设计

4.3.1 方案比选

4.3.2 细部构造

4.4 可展桥梁架设方法

4.4.1 气浮架设方法

4.4.2 桅杆拉索式架设法

4.4.3 火箭锚索拉桥式

第五章 可展桥梁的分析与实验

5.1 adams仿真结果

5.2 ansys模拟展开

5.3 可展桥梁静力与动力分析

5.3.1 结构刚度比较

5.3.2 预应力索对结构的影响

5.3.3 整体静力分析

5.3.4 结构动力分析

5.3.5 结构屈曲分析

5.4 模型制作与实验

5.4.1 1∶1模型制作

5.4.2 模型展开实验

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文的主要工作和结论

6.2 进一步的工作

参考文献