摘要
形状记忆合金是一种新型智能材料，具有形状记忆效应、超弹性、优秀的生
物相容性、耐磨性和高阻尼等性能。该合金单位体积下能产生更高驱动力的特点
符合卫星太阳能帆板轻量化的发展趋势，而合金驱动频率低的特点为解决帆板柔
性化发展过程中低频模态的振动控制问题提供了新的解决的思路。本文针对低频
模态下太阳能帆板的主动振动控制问题，以镍钛形状记忆合金(ShapeMemory
Alloys，SMAs)弹簧为主体，基于传热学和经典力学理论，构建了合金弹簧的温
度-时间响应模型、驱动位移与驱动力响应模型。并分别搭建了相应的实验平台来
验证上述模型的准确性，在此基础上，结合主动调谐质量阻尼器(AMD)的原理，
设计了一种基于多个NiTi形状记忆合金弹簧的主动振动控制装置的结构，并基于
上述装置提出了合理的减振策略，实现了太阳能帆板在低频模态的主动振动控制。
本文主要研究内容如下：
(1)本文首先进行了形状记忆合金通电加热下温度-时间响应模型的研究。作
为一种温控变形材料，形状记忆合金温度随时间的变化情况是后续控制驱动位移
和驱动力的基础。在该部分的研究中搭建了加热和温度检测实验平台，通过对丝
径为0.6mm、螺旋线直径为15.8mm、有效圈数为11的NiTi形状记忆合金弹簧施
加恒定电流进行测试，记录其温度变化并得到加热前后比热容的数值，对变化过
程用马氏体体积分数进行动态修正，从而完善了温度-时间响应模型。
(2)在温度-时间响应模型的基础上，构建了NiTi形状记忆合金弹簧驱动位移
与驱动力响应模型，模型同时考虑到了曲率、挠率、弹簧受力和几何关系的影响，
随后基于上述模型模拟和预测了驱动电流大小和弹簧丝径对输出位移和驱动力的
影响情况。同时分别搭建驱动位移和定位移驱动力检测实验平台，采用相同的
NiTi形状记忆合金弹簧进行实验来验证模型的准确性，为主动减振装置的设计提
供了理论依据。
(3)基于多个NiTi形状记忆合金弹簧的主动减振装置设计与主动减振测试。
提出了主动减振装置的设计原则、装配和功能实现方法，并对装置进行三维建模
和强度仿真分析。针对两种太阳能帆板结构，给出了相应的主动减振策略，包括
安装方式、驱动力施加大小、施加时间与步长之间的关系，基于有限元分析法和
主动驱动力施加策略，验证了主动减振装置对两种太阳能帆板受到瞬时冲击作用
后产生振动具有抑制效果。
关键词：形状记忆合金弹簧，驱动响应模型，装配设计，有限元仿真，振动控制
ABSTRACT
Shapememoryalloys(SMAs)areanoveltypeofsmartmaterialthatexhibit
excellentperformances,suchasshapememoryeffects,superelasticity,excellent
biocompatibility,wearresistanceandhighdampingcapacity.Itshighpowerdensity
characteristicsareinlinewiththetrendoflightweightingofsatellitesolarpanels.The
lowexcitationfrequencycharacteristicsprovideanewsolutionforsolvingthevibration
controlproblemscausedbythelowmodalfrequencyduringtheflexibledevelopmentof
thepanels.Therefore,thisthesisusesnickel-titaniumshapememoryalloy(SMA)springs
asthemaincomponenttoprovidesolutionsfortheactivevibrationcontrolofsolarpanels
inlow-frequencymodes.Basedonheattransferandclassicalmecha