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ANSYS軟件是一種大型有限元分析軟件，不但融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)于一體，而且擁有豐富和完善的單元庫、材料庫和求解器，能有效求解各類結(jié)構(gòu)的靜力、動力、振動、線性和非線性、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)動力分析及斷裂力學(xué)等問題。它還擁有完善的前后處理和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接口，是計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)和工程數(shù)值分析和模擬非常有效的軟件。
隨著機(jī)電工業(yè)技術(shù)特別是航天技術(shù)的發(fā)展，對空間結(jié)構(gòu)的要求不斷提高。展開式結(jié)構(gòu)因其具有重量輕、收攏后所需的空間小等特點(diǎn)而越來越受到設(shè)計(jì)者的青睞。這種可展開結(jié)構(gòu)通過展開機(jī)構(gòu)從收攏壓緊狀態(tài)展開成為工作狀態(tài)，展開機(jī)構(gòu)對該結(jié)構(gòu)的工作過程的成敗具有決定性的作用。而盤壓桿作為一種桿狀構(gòu)架式展開機(jī)構(gòu)以其獨(dú)特而優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和展開性能逐漸發(fā)展成極具發(fā)展前途的展開機(jī)構(gòu)之一。因此對該機(jī)構(gòu)的力學(xué)研究，分析該機(jī)構(gòu)在壓縮過程中最大應(yīng)力以及系統(tǒng)變形能的變化情況，具有非常重要的理論與實(shí)際意義。
盤壓桿展開機(jī)構(gòu)由主承力結(jié)構(gòu)、有效載荷支撐板、套筒和展開控制機(jī)構(gòu)4部分組成。我們主要對盤壓桿機(jī)構(gòu)的主承力結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行研究，其原理樣機(jī)如圖所示。
首先利用ANSYS的前處理對盤壓桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體建模，定義材料特性以及盤壓桿機(jī)構(gòu)縱梁和橫向支撐框架的截面形狀(section)，材料特性均為該機(jī)構(gòu)實(shí)際采用的玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的材料特性參數(shù)。然后根據(jù)盤壓桿結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇ANSYS軟件所提供的單元庫中的beam189單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，該單元類型基于Timoshenko梁原理，主要用于梁的各種類型分析。
該有限元模型總共包括276個(gè)單元，其中每個(gè)單元有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上形成1個(gè)截面，每個(gè)截面都有25個(gè)section node。橫向支撐框架與3根縱梁之間的鉸接通過ANSYS軟件前處理提供的自由度耦合功能實(shí)現(xiàn)，該模型耦合了縱梁與橫向支撐框架之間的沿X、Y、Z方向的3個(gè)平移自由度以及沿Z方向的轉(zhuǎn)動自由度。另外為了保證該盤壓桿機(jī)構(gòu)在變形過程中橫向支撐框架始終保持水平，還要耦合橫向支撐框架所有節(jié)點(diǎn)沿Z方向的自由度。首先需要選擇分析類型，我們采用瞬態(tài)分析的完全法來對盤壓桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。
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