张拉整体着陆缓冲结构的构型研究与运动分析

Tensegrity structure which possesses light weight can buffer external shock because of its elasticity. Elastic potential energy can be dissipated .by plastic deformations of individual components in order to reduce the rebound of the tensegrity structure. Ball tensegirty structures have no requirement for landing position. The tensegrity structures with the above characteristics are suitable to be transformed into the landing and buffering structures. The tensegrity landing and buffering structures supply new thoughts for design of the landing and buffering structures. We will investigate configuration, movement and energy dissipation of the tensegrity landing and buffering structure to obtain configuration theory, solve its movement and get methods for energy dissipation. The models will be made to check analytical results. Through investigation in the project, a tensegrity landing and buffering structure is obtained and novel design methods for the structures are presented. The analytical results will supply theoretical supports for the tensegrity landing and buffering structures.

轻质化，自身的弹性对外界冲击的缓冲性，个别构件的塑变实现对结构内部积蓄弹性势能的耗散以减小反弹幅度，球形对称结构实现对着陆姿态无要求，本项目提出的具有这些特点的张拉整体着陆缓冲结构，突破了传统的着陆缓冲结构的设计范畴，为着陆缓冲结构的设计研究提供了新的思路。针对张拉整体着陆缓冲装置的构型理论、运动和动力学分析、减小反弹幅度的措施等方面存在的理论问题和技术难点，本项目拟对此着陆缓冲装置的构型、运动、耗能技术进行分析，并通过模型样机研制和实验，对理论分析结构进行检验和修正。通过项目的研究，获得一种新颖的张拉整体着陆缓冲结构的设计方案，提出了一种张拉整体着陆缓冲结构的设计分析方法。本项目的研究成果，将为张拉整体着陆缓冲系统的研究提供理论支持。

张拉整体结构自身具有弹性，其可将所受冲击作用的时间拉长，从而大幅度降低瞬间作用力，且结构可以将所受的局部作用力传递到各个构件，避免了载荷和应力的集中，张拉整体结构由只承受轴向力的杆和索构件组成，整体质量小。正是由于张拉整体结构的这些特点，本项目研究将张拉整体结构转化为着陆缓冲结构的方法。.为了最大程度的保证结构的各向同性，从而减小对着陆位姿的要求，本项目主要从正多面体张拉整体结构入手进行分析。首先分析多种球形张拉整体结构的构型，获得各构型的数学模型。而后通过平衡方程获得平衡矩阵，再依据平衡方程有解的条件进行平衡矩阵的分析，从而获得张拉整体结构稳定的判定方法。分析多种张拉整体结构的失效形式，研究结构最小质量的确定方法。进行结构着陆下落过程动力学分析，研究结构静态承载能力，无负载情况下的碰撞仿真，无载荷装置不同位姿着陆内部空间变化规律。研究载荷与结构连接方式，并进行负载连索方式仿真及受力对比分析，分析计算结构与接触面冲击时间及冲击力。研究实物样机及载荷固定方式，确定缓冲装置结构尺寸及参数，进行结构缓冲可行性实验，分析杆和索构件尺寸对缓冲效果的影响。进行静态承载实验，无负载和有负载情况下的碰撞试验。.通过本项目的研究，获得如下理论成果：.1）形成了利用多种球形张拉整体结构构建张拉式着陆缓冲结构的思路和方法。.2）形成了基于张拉整体单元拼接的正多面体张拉整体结构构型方法，并形成了基于简单结构参数获得稳定正多面体张拉整体结构的构型理论。.3）形成了基于有限元法的张拉整体结构的动力学分析方法。.4）形成了基于平衡矩阵的张拉整体结构稳定性判定方法。.项目的具体成果为：.1）项目研究报告一份。.2）发表了期刊文章10篇，会议论文3篇。.3）申请了方面专利11项，其中4项获得授权。.4）培养了硕士研究生5名。.5）出版了学术专著一部。