薄壁圆管开口式伸展臂卷绕过程力学特性分析

针对空间可自展开的薄壁圆管开口式伸展臂在展收过程中的大变形易导致杆件局部应变能、应力过高,从而使杆件撕裂失效的问题,通过建立伸展臂应变能、驱动力矩解析模型,建立卷绕过程有限元模型,得到了伸展臂卷绕过程中应变能、驱动力矩,研究了应变能、驱动力矩对伸展臂尺寸参数变化的敏感度;同时根据第四强度理论分析了伸展臂最大Von Mises等效应力点的位置及其在卷绕过程中的变化规律。结果表明:总应变能、驱动力矩对伸展臂厚度的改变最敏感,对开口角度最不敏感,伸展臂外半径及卷轴外半径对伸展臂的影响曲线存在极值;伸展臂在由自由弯曲向卷绕弯曲过渡及展平端附近易发生失效;伸展臂卷绕过程中最大等效应力点始终位于伸展臂端部,卷绕一周后该点始终位于伸展臂端部横截面中心处,其等效应力值随着卷绕的进行不断增高,该点为伸展臂上最易失效点。