快科技7月17日消息，太陽帆作為具備低成本、長壽命特點的航天器，被看作是人類探索太陽系外的潛力載體。不過，其超大面積帆面的支撐結構要同時滿足“高收納比”和“可靠展開”這兩個相互矛盾的需求。

中國科學院沈陽自動化研究所的最新研究，為這一難題帶來了突破性的解決辦法。

科研團隊研制出了小尺寸截面、輕質高剛度的可展收復合材料伸展臂（DCB），還建立了精準的力學分析模型。

太陽帆上輕小型可展收復合材料伸展臂

團隊在經(jīng)典薄壁梁理論的基礎上引入非線性修正項，首次完整地描述了臂桿從初始狀態(tài)到壓平、卷繞的全過程變形，著重考慮了材料中性軸拉伸、曲率變化及接觸摩擦等關鍵因素。

通過高精度數(shù)值模擬，研究揭示了卷收過程的力學規(guī)律：卷收過渡區(qū)是應力“熱點”，最大應力集中于下層結構最外層側弧拐點；下層應力普遍高于上層，外層材料承受的應力遠大于內、中層，而中層因厚度優(yōu)勢展現(xiàn)出更穩(wěn)定的承載性能。

復合材料臂桿展收過程不同層應力影響區(qū)

為驗證理論，團隊搭建了專屬實驗平臺，測量不同卷收角度下的應變值和扭矩。結果表明，實驗數(shù)據(jù)與理論預測及仿真結果高度吻合，證實了模型的有效性。

該研究為未來設計和優(yōu)化此類高性能、高收納比的太空可展開結構提供了重要的理論依據(jù)和設計指導。

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