一种铺层渐变豆荚型梁的制作方法

1.本实用新型属于航天、航空技术领域，具体涉及一种铺层渐变豆荚型梁。


背景技术：

2.豆荚型梁一般应用于卫星太阳能帆板等受载荷较小的环境，一般采用上下两瓣ω形碳纤维结构对称粘接而成。一般铺层设计采用均有铺层厚度，即沿着展向和研制截面方法的铺层相同。以上设计结构简单，但是缺少结构优化设计，存在较大的减重空间，并不适合用于载荷大小不均匀、受力工况复杂的产品。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种铺层渐变豆荚型梁，解决了现有豆荚型梁不适合用于载荷大小不均匀、受力工况复杂产品的技术问题，本实用新型适合用于卫星帆板以外的复杂载荷环境产品。
4.为实现上述实用新型目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种铺层渐变豆荚型梁，包括两片结构相同的ω形豆荚瓣片，两片豆荚瓣片相对设置，两片豆荚瓣片的两侧边缘粘接连接，豆荚瓣片在周向上的厚度由中部(顶部)至边缘逐渐减小。
6.进一步的，豆荚瓣片在展向上的厚度由一端至另一端逐渐减小。
7.进一步的，豆荚瓣片为铺层结构，豆荚瓣片在周向上的铺层层数由中部至边缘依次为n、n-1、n-2
……
n-i，n＞i≥1。
8.进一步的，豆荚瓣片为铺层结构，豆荚瓣片中部位置在展向上的铺层层数由一端至另一端依次为m、m-1、m-2
……
m-j，m＞j≥1。
9.进一步的，每层铺层的厚度相等，每层铺层的厚度t＝0.1～0.3mm。
10.进一步的，豆荚瓣片中部厚度为0.5mm～1.5mm，豆荚瓣片边缘厚度为0.3～0.9mm。
11.进一步的，豆荚型梁第一端为固定端，第二端为悬臂端，豆荚瓣片在展向上的厚度由第一端至第二端逐渐减小。
12.进一步的，豆荚型梁沿展向的安全裕度一致。
13.进一步的，豆荚型梁的承力状态为施加于第二端的集中力、施加于第一端和第二端之间的集中力或沿豆荚型梁展向均匀施加的分布力。
14.本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：
15.(1)本实用新型铺层渐变豆荚梁更适合用于卫星帆板以外的复杂载荷环境产品；
16.(2)本实用新型铺层渐变豆荚梁在保证安全裕度的前提下更易于控制重量；
17.(3)本实用新型铺层渐变豆荚梁拓宽了豆荚型梁的应用范围。
附图说明
18.图1为本实用新型豆荚型梁在周向上厚度渐变示意图；
19.图2为本实用新型豆荚型梁在展向上厚度渐变示意图；
20.图3为本实用新型豆荚型梁应用状态示意图，其中(a)为端头加集中力状态，(b)为任意位置加集中力状态，(c)为施加分布力状态；
21.图4为本实用新型豆荚型梁弹开状态示意图；
22.图5为本实用新型豆荚型梁压平状态示意图；
23.图6为本实用新型豆荚型梁卷曲状态示意图。
具体实施方式
24.下面通过对本实用新型进行详细说明，本实用新型的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
25.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
26.要将豆荚型梁用于载荷大小不均匀,重量要求严苛的的复杂载荷产品上，需要对普通豆荚梁进行设计改进，本实用新型提出了铺层厚度沿着展向和截面周向同时渐变设计的豆荚梁形式，为豆荚梁在其它领域应用提供创新设计思想，应用以上设计改进后，在同等重量下，一方面提高了承载能力，一方面控制了结构重量。
27.本实用新型一种铺层渐变豆荚型梁，沿豆荚形梁截面ω形瓣片进行铺层渐变设计，使ω形瓣片中部顶端厚度较大，ω形瓣片边缘厚度较小，从顶端到边缘厚度逐渐过渡。如图1所示，例如ω形瓣片顶部铺层n层厚度为t(mm)的铺层，逐渐过渡为n-1层厚度为t(mm)的铺层、n-2层厚度为t(mm)的铺层，ω形瓣片中部到边缘的厚度由n*t(mm)逐渐变化为(n-2)*t(mm)，在一种优选的实施方式中，ω形瓣片沿周向分为对称的6段，以左侧3段为例，位于顶部的一段为5层铺层结构，位于边缘的一段为3层铺层结构，中间的一段为4层铺层结构。
28.这样设计的好处是，由于采用顶部加厚，边缘减薄设计，在同样截面面积下，其截面惯性距得到提高，使豆荚梁受弯曲载荷作用下的最大应力水平下降，从而提高豆荚梁承载能力。
29.除了ω形瓣片截面方向采用铺层渐变设计，ω形瓣片长度(长度方向即为展向、轴向)方向上采用类似铺层渐变设计，如图2所示，例如在豆荚梁一端端部截ω形瓣片截面顶部铺层为m层厚度为t(mm)的铺层，总厚度m*t(mm)，铺层数量和总厚度沿着长度方向逐渐减少,分别为(m-1)*t(mm)厚、(m-2)*t(mm)厚，这样依次递减，在一种优选的实施方式中，m＝9。
30.假如该豆荚梁实际使用状态为一端挂重的悬臂梁状态，则悬臂梁根部弯矩较大，稍部弯矩较小。如果沿着展向采用同一铺层设计，在梢部将出现较大的强度安全裕度，在根部又可能出现安全裕度不足的问题。采用沿展向渐变铺层设计，可以使悬臂梁沿展向的安全裕度趋于一致，从而提高材料利用率，并且减轻结构重量。
31.如图3所示，本实用新型一种铺层渐变豆荚型梁可应用与多种悬臂结构中：
32.(1)应用于一端固定支撑，另一端端头加集中力状态，如图3(a)，图中p代表集中力；
33.(2)应用于一端固定支撑，另一端任意位置加集中力状态，如图3(b)，图中p代表集中力；
34.(3)应用于一端固定支撑，杆上加分布力状态，如图3(c)，图中q代表分布力。
35.如图4、图5和图6所示，本实用新型一种铺层渐变豆荚型梁的使用方式为：
36.(1)分别进行上下两瓣的生产，并使用压平粘接工艺进行粘接装配；
37.(2)松开工装后豆荚梁两瓣自然拱起；
38.(3)通过压平卷曲工装将豆荚梁卷曲收纳。
39.本实用新型一种铺层渐变豆荚型梁的优点为：
40.(1)铺层渐变豆荚梁更适合用于卫星帆板以外的复杂载荷环境产品；
41.(2)铺层渐变豆荚梁更易于控制重量；
42.(3)拓宽了豆荚型梁的应用范围。
43.以上结合具体实施方式和范例性实例对本实用新型进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本实用新型的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本实用新型精神和范围的情况下，可以对本实用新型技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围以所附权利要求为准。
44.本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。


技术特征：
1.一种铺层渐变豆荚型梁，包括两片结构相同的ω形豆荚瓣片，两片豆荚瓣片相对设置，两片豆荚瓣片的两侧边缘粘接连接，其特征在于，豆荚瓣片在周向上的厚度由中部至边缘逐渐减小。2.根据权利要求1所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，豆荚瓣片在展向上的厚度由一端至另一端逐渐减小。3.根据权利要求2所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，豆荚瓣片为铺层结构，豆荚瓣片在周向上的铺层层数由中部至边缘依次为n、n-1、n-2
……
n-i，n＞i≥1。4.根据权利要求3所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，豆荚瓣片为铺层结构，豆荚瓣片中部位置在展向上的铺层层数由一端至另一端依次为m、m-1、m-2
……
m-j，m＞j≥1。5.根据权利要求4所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，每层铺层的厚度相等，每层铺层的厚度t＝0.1～0.3mm。6.根据权利要求5所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，豆荚瓣片中部厚度为0.5mm～1.5mm，豆荚瓣片边缘厚度为0.3～0.9mm。7.根据权利要求2所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，豆荚型梁第一端为固定端，第二端为悬臂端，豆荚瓣片在展向上的厚度由第一端至第二端逐渐减小。8.根据权利要求2所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，豆荚型梁沿展向的安全裕度一致。9.根据权利要求7所述的一种铺层渐变豆荚型梁，其特征在于，豆荚型梁的承力状态为施加于第二端的集中力、施加于第一端和第二端之间的集中力或沿豆荚型梁展向均匀施加的分布力。

技术总结
本实用新型公开了一种铺层渐变豆荚型梁，包括两片结构相同的Ω形豆荚瓣片，两片豆荚瓣片相对设置，两片豆荚瓣片的两侧边缘粘接连接，豆荚瓣片在周向上的厚度由中部至边缘逐渐减小。本实用新型进一步公开了豆荚瓣片在展向上的厚度由一端至另一端逐渐减小。本实用新型适合用于卫星帆板以外的复杂载荷环境产品。适合用于卫星帆板以外的复杂载荷环境产品。适合用于卫星帆板以外的复杂载荷环境产品。


技术研发人员：陈志平 贾永清 闫奕含 宋涛 解志富
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/4/18