Anàlisi del mode intrínsec del mecanisme de desplegament de les barres de frontissa espacial

Resum: Les freqüències naturals del mecanisme d’expansió de la barra de la frontissa espacial estan influenciades pels materials i els mètodes de reforç utilitzats. Aquest estudi va realitzar una anàlisi modal mitjançant el programari d'elements finits ANSYS per investigar la influència de la densitat de materials i el mètode de reforç en la freqüència natural. Els resultats van mostrar que la densitat del material utilitzat té un impacte significatiu en la freqüència natural, amb un impacte més gran a densitats més elevades. Addicionalment, diferents mètodes de reforç també van donar lloc a diferències significatives en la freqüència natural. Les conclusions d’aquest estudi proporcionen orientació per a l’anàlisi dinàmica i l’optimització del mecanisme de desplegament de les barres de frontissa espacial.

1.

El ràpid desenvolupament de la indústria espacial ha augmentat la demanda de mecanismes de desplegament espacial a gran escala. Aquests mecanismes s’utilitzen per a diverses aplicacions com ara matrius de cèl·lules solars flexibles, antenes i estructures de suport per a teledetecció i sondes d’espai profund. Cal plegar i guardar els mecanismes de desplegament durant la fase de llançament i després ampliar -los mitjançant una font d’alimentació un cop a l’espai. No obstant això, a mesura que augmenta la mida de l'estructura de suport i la massa disminueix, la rigidesa de l'estructura disminueix, provocant freqüències naturals més baixes. Això pot provocar vibracions d’acoblament entre el cos de la nau espacial i el mecanisme de desplegament, reduint l’estabilitat del mecanisme. Per tant, és important estudiar la influència de la densitat de materials i el mètode de reforç en la freqüència natural del mecanisme de desplegament de les barres de la frontissa espacial.

2. Model del mecanisme de desplegament de les barres espacials

El mecanisme de desplegament de les barres espacials consisteix en una part de fotograma i una part de vareta. El marc i les varetes es connecten mitjançant eixos de frontissa, formant una estructura de suport de tisora. Els mètodes de reforç considerats en aquest estudi són connectar el reforç de les varetes i el reforç de la corda de filferro d'acer. El reforç de la barra de connexió consisteix en connectar dues barres en forma d’U en la mateixa direcció, mentre que el reforç de la corda d’acer consisteix en bobinar una corda de filferro d’acer al voltant d’un corró. El model d'elements finits del mecanisme es va crear mitjançant unitats Solid45 per a les parts del marc i les varetes i les unitats de Beam188 per a les parts de reforç.

3. Anàlisi modal

Es va realitzar una anàlisi modal per determinar les característiques de vibració i les freqüències fonamentals de l'estructura. Es van considerar dos materials, alumini i fibra de carboni, i es van comparar els mètodes de reforç de les barres de connexió i les cordes de fil d'acer. Els resultats van mostrar que el mecanisme de fibra de carboni amb un reforç de canya de connexió tenia la freqüència fonamental més alta, mentre que el mecanisme fet d’alumini amb el reforç de la corda d’acer tenia la freqüència fonamental més baixa. El mecanisme fet de fibra de carboni amb reforç de la barra de connexió tenia una freqüència fonamental un 71,7% superior a la del reforç de la corda de filferro d'acer. De la mateixa manera, el mecanisme fet d’alumini amb el reforç de la biela de connexió tenia una freqüència fonamental un 58% superior a la del reforç de la corda de fil d’acer. En termes de densitat de material, la fibra de carboni tenia una freqüència fonamental més alta que l’alumini, amb una diferència de 48,5% per connectar el reforç de les varetes i el 23,5% per al reforç de la corda d’acer.

4.

Les freqüències naturals del mecanisme de desplegament de les barres espacials estan influenciades pels materials i els mètodes de reforç utilitzats. La densitat del material té un impacte significatiu en la freqüència natural, amb densitats més altes que produeixen freqüències naturals més baixes. Diferents mètodes de reforç també condueixen a diferències significatives en la freqüència natural. Quan seleccioneu mètodes i materials de reforç per al mecanisme de desplegament de les barres de la frontissa espacial, és important tenir en compte els factors que afecten la freqüència natural. Aquests resultats proporcionen orientació per al disseny, anàlisi i optimització del mecanisme.

En conclusió, l’estudi de la influència de la densitat de materials i el mètode de reforç en la freqüència natural del mecanisme de desplegament de les barres de frontissa espacial és crucial per assegurar l’estabilitat i el rendiment del mecanisme. Amb els avenços en la tecnologia, es poden millorar millores i optimitzacions per millorar la dinàmica i l'eficiència general dels mecanismes de desplegament de les barres de frontissa espacials.