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太阳帆技术作为一种低成本、长寿命的航天器形式，早已受到广泛关注，被认为是人类探索太阳系以外空间的潜在手段。然而，太阳帆所需的超大面积帆面支撑结构面临两大挑战：既要具备高收纳比，又要确保展开过程的可靠性，这两者之间存在明显的矛盾。
针对这一问题，来自中国科学院沈阳自动化研究所的研究团队取得了重要进展，提出了一种创新性解决方案。他们成功研制出一种截面尺寸小、重量轻且具有高刚度的可展收复合材料伸展臂（DCB），并构建了精确的力学分析模型，为相关设计提供了理论支持。
研究团队在经典薄壁梁理论的基础上引入非线性修正项，首次完整地描述了伸展臂从初始状态到压平、卷绕整个过程中的变形行为。新模型重点考虑了材料中性轴的拉伸效应、曲率变化以及接触摩擦等关键因素，显著提升了理论预测的准确性。
通过高精度数值模拟，研究人员揭示了伸展臂卷收过程中的力学特性：卷收过渡区域是应力集中的“热点”，最大应力出现在下层结构最外侧的弧拐点；整体来看，下层材料所承受的应力普遍高于上层，而外层材料承受的应力远大于内层和中层，中层则因其厚度优势展现出更佳的承载稳定性。
为了进一步验证理论模型的可靠性，团队搭建了专用实验平台，测量不同卷收角度下的应变与扭矩变化。实验结果表明，实测数据与理论预测及仿真结果高度一致，充分验证了模型的有效性。
这项研究成果不仅深化了对复合材料伸展臂力学行为的理解，也为未来高性能、高收纳比太空可展开结构的设计与优化提供了坚实的理论基础和实用的设计指导。 | 
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