[发明专利]一种基于形状记忆合金的可展柱状张拉整体结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种可展柱状张拉整体结构，尤其涉及一种基于形状记忆合金的可展柱状张拉整体结构。

背景技术

可展结构是一种具有完全折叠、完全展开两种状态的新型结构形式，适用于航空航天、建筑结构等领域。该结构在折叠状态下体积较小，便于存储运输。在一定驱动条件下，结构展开为占据较大体积的展开状态，满足工作要求。

张拉整体结构是由张力索和压杆构成的预应力自平衡体系，结构刚度由预应力提供。该结构是可展结构的一种理想结构形式，具有重量轻、收纳率高等优点，发展潜力大。在现有的可展张拉整体结构中，通常采用电机、液压装置或可折叠节点作为结构的展开驱动装置，尚无利用形状记忆合金作为展开驱动装置的可展张拉整体结构。

发明内容

本发明的目的是通过在拉索中引入形状记忆合金，实现新的可展柱状张拉整体结构形式。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种嵌入形状记忆合金的柱状张拉整体结构，拉索的部分或全部长度由形状记忆合金元件代替，构成若干嵌入形状记忆合金的n(n≥3)棱柱张拉整体基本模块，m(m≥1)个基本模块进行竖向叠加组合，构成m层n棱柱张拉整体可展结构。

进一步地，在折叠状态时，结构的所有拉索，包括嵌入形状记忆合金的拉索和未嵌入形状记忆合金的拉索，都处于松弛状态，结构的所有压杆束成一捆或“倒塌”至同一平面，形状记忆合金处于马氏体态。

进一步地，当形状记忆合金的温度上升达到相变阈值时，形状记忆合金由马氏体态转变为奥氏体态，形状记忆合金的长度缩短。在形状记忆合金发生相变和长度缩短的过程中，张拉所连接的拉索，进而整个结构发生位移。

进一步地，形状记忆合金相变结束，结构达到完全展开的状态，结构内部存在自平衡的预应力。

进一步地，展开后的张拉整体结构中的压杆、拉索、形状记忆合金元件共同工作，承受设计荷载。

本发明的有益效果是，利用形状记忆合金独特的形状记忆效应，控制可展张拉整体结构的展开过程，不需引入额外的作动装置，具有体积小、高精度、高可靠性的特点。

附图说明

图1为本发明中嵌入形状记忆合金的主动索的示例图。

图2为本发明中n＝3时单层可展柱状张拉整体结构的展开状态示例图。

图3为本发明中n＝4时单层可展柱状张拉整体结构的展开状态示例图。

图4为本发明中n＝3时可展柱状张拉整体端模块示例图。

图5为本发明中n＝3时双层可展柱状张拉整体结构的展开状态示例图。

图6为本发明中n＝4时可展柱状张拉整体端模块示例图。

图7为本发明中n＝4时双层可展柱状张拉整体结构的展开状态示例图。

图8为本发明中n＝3时可展柱状张拉整体中间模块示例图。

图9为本发明中n＝3时三层可展柱状张拉整体结构的展开状态示例图。

图10为本发明中n＝4时可展柱状张拉整体中间模块示例图。

图11为本发明中n＝4时三层可展柱状张拉整体结构的展开状态示例图。

图12为本发明中n＝3时单层可展柱状张拉整体结构的折叠状态示例图。

图13为本发明中n＝4时单层可展柱状张拉整体结构的折叠状态示例图。

图14为本发明中n＝3时非单层可展柱状张拉整体结构的折叠状态示例图。

图15为本发明中n＝4时非单层可展柱状张拉整体结构的折叠状态示例图。

图中，压杆1，未嵌入形状记忆合金的普通拉索2，嵌入形状记忆合金的主动拉索3，普通索段31，形状记忆合金32。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

形状记忆合金具有低温马氏体态和高温奥氏体态两种相态，当温度变化时，材料内部的微观结构发生马氏体和奥氏体的相互转换，并在宏观上表现出长度变化。通过训练，可以使得形状记忆合金马氏体态长度大于奥氏体态长度，并满足一定变形量要求。在拉索中嵌入形状记忆合金作为主动索，结构在折叠和展开状态下，形状记忆合金分别处于马氏体态和奥氏体态，拉索分别处于松弛状态和张紧状态，主动索在折叠状态下的总长度大于展开状态下的总长度。当形状记忆合金的温度上升到相变阈值时，形状记忆合金发生由马氏体态到奥氏体态的转变，形状记忆合金长度缩短，主动索总长度缩短，从而张紧拉索，结构从折叠状态转变到展开状态。