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题名一种具备可调热膨胀系数的可展开结构的力学特性研究
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作者
王艳丽
沙振东
佘崇民
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机构
西安交通大学航天航空学院
西安交大-成兴国投无序新材料实验室
南京航空航天大学航空学院
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第3期701-711,共11页
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基金
国家自然科学基金资助项目(12372116).
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文摘
在航空航天等领域,结构不仅需要具备精确调控热膨胀系数的能力,以确保在极端温度变化下保持热稳定性,还要具备高效的空间部署能力,以应对受限工作环境中的各种挑战.具备可调特性的点阵复合材料正逐步在工程领域中得到应用.文章结合折纸技术和双材料三角形结构,提出了一种能够实现空间展开、可调热膨胀性能及轻量化的三角形联合可展开结构.通过使用非零厚度面板和调整铰链位置,该结构可以在两侧施加拉力,将理想折纸模型转变为具备承载能力的等效三维结构.进一步通过调整几何参数和材料组合,实现了热膨胀系数从正值到负值的可调性,并能够调节刚度.研究结果表明,增大角度(三角形单元的斜边与对称轴的夹角)和减小厚度比(低、高热膨胀系数材料的厚度比)能有效降低结构的热膨胀系数,同时减小弹性模量.增大单胞比(支撑面与底面的单胞数量比)可以降低结构热膨胀系数并增加弹性模量,但同时会在结构中增加更多易变形的连接部位,从而导致屈服强度下降.减小角度、厚度比和增大单胞比均有利于实现结构的轻量化.结构在承载方向上的等效热膨胀系数的理论值与有限元模拟结果吻合良好.
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关键词
空间展开能力
折纸
点阵复合材料
可调热膨胀
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Keywords
space deployment capability
origami
lattice composites
adjustable thermal expansion
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分类号
TB331
[一般工业技术—材料科学与工程]
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