杨 慧, 王 岩, 刘荣强

(1. 安徽大学 电气工程与自动化学院，合肥 230601； 2. 中国电子科技集团38所，合肥 230088；3. 哈尔滨工业大学 机电学院机器人技术与系统国家实验室，哈尔滨 150080)

航天器如太阳能阵列、星载天线和固体反射器等在发射时受运载器承载能力和发射空间的限制。超弹性铰链是一类薄壁圆柱壳体结构，能够在材料5%弹性变形范围内实现180°大挠度弯曲变形，并依靠自身弹性变形存储的弹性势能实现自驱动展开，不需要添加其他移动部件。含超弹性铰链的可折展机构可通过超弹性铰链弯曲实现大角度折叠，在保证任务需求的精度和刚度下，实现轻量化、低能耗的目的，得到了越来越多的应用。日本火星探测器[1]、火星地下电离层探测先进雷达[2]、大型可折叠雷达天线[3]等都成功应用了超弹性铰链。相比常规机械式铰链，超弹性铰链集驱动、回转、锁定于一体，具有低质量刚度比、低能耗、价格低廉和易于制造的优点，逐步成为构成宇航机构的一个重要设计元素。

为了分析超弹性铰链的力学性能，通过解析法、数值法和试验已经进行了大量的研究。超弹性铰链纵向和横向曲率方向相同的弯曲过程，为正向弯曲；纵向和横向曲率方向相反的弯曲过程，为反向弯曲。仅考虑纵向弯曲和法向受力，Wuest[4]建立了无限长带簧在反向弯曲时的力矩模型。基于最小势能原理和冯卡门薄板大挠度理论，Masnsifield[5]推导了具有初始弯曲的带簧在大挠度扭转和弯曲状态下的广义表达式，仅在自重下测量了带簧发生扭转和突然弯曲时需要的弯曲力矩，但是由此得到的力矩-曲率曲线从峰值到稳态之间出现了震荡现象。……