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太陽(yáng)帆是一種利用太陽(yáng)光壓（光子動(dòng)量）推動(dòng)航天器前進(jìn)的技術(shù)，當(dāng)光子撞擊太陽(yáng)帆的反射表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微小的推力，從而推動(dòng)航天器在太空中航行。

為了獲得更高的展開(kāi)與收攏比，太陽(yáng)帆通常采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）薄壁結(jié)構(gòu)來(lái)支撐大面積帆膜。由于此類可展收薄壁結(jié)構(gòu)在卷曲和展開(kāi)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生顯著的非線性力學(xué)行為，其展收過(guò)程的屈曲穩(wěn)定性和薄壁結(jié)構(gòu)的斷裂破壞是研究的技術(shù)難點(diǎn)。

空間可展開(kāi)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)在太陽(yáng)帆中的應(yīng)用

近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所空間自動(dòng)化技術(shù)研究室空間結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及優(yōu)化設(shè)計(jì)科研團(tuán)隊(duì)成功研制了一種小尺寸截面、輕質(zhì)高剛度空間可展開(kāi)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)，并通過(guò)理論建模、仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地模擬了該結(jié)構(gòu)在卷繞及展開(kāi)過(guò)程中的非線性力學(xué)行為。

研究結(jié)果表明，科研團(tuán)隊(duì)所提出的力學(xué)分析模型能夠有效預(yù)測(cè)空間可展開(kāi)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布特征及潛在失效模式，可為太陽(yáng)帆系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和綜合動(dòng)態(tài)性能提升提供了技術(shù)支持。

空間可展開(kāi)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)卷收數(shù)值模擬

該研究以Study on the nonlinear rolling behavior of small-scale thin-walled composite deployable structures為題發(fā)表于國(guó)際復(fù)合材料領(lǐng)域期刊Composite Structures。沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究生李玉新為第一作者，沈陽(yáng)自動(dòng)化所駱海濤研究員為通訊作者。

空間自動(dòng)化技術(shù)研究室空間結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及優(yōu)化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)及其航天應(yīng)用研究，持續(xù)推進(jìn)先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)與空間衛(wèi)星工程的交叉融合。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、大連化學(xué)物理研究所與沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。（空間自動(dòng)化技術(shù)研究室）

DOI：10.1016/j.compstruct.2025.119191

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2025.119191

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所