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文檔簡(jiǎn)介
1、為了減輕飛行器的重量并提高其承載能力,發(fā)展先進(jìn)輕質(zhì)材料,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化和多功能化是迫切需要解決的科學(xué)問(wèn)題。復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)作為一種先進(jìn)的多孔輕質(zhì)結(jié)構(gòu),由于具有輕量化及多功能化特性,被公認(rèn)為是航天航空事業(yè)中最有潛力的新型材料之一。但傳統(tǒng)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)均是由周期性單胞構(gòu)成的均勻結(jié)構(gòu),在承受非均勻載荷的條件下,不能充分發(fā)揮其承載效率。飛行器飛行過(guò)程中其外層結(jié)構(gòu)往往受到的是集中載荷或非均勻載荷,為了進(jìn)一步提高飛行器的承載能力,本文基于仿生學(xué)原理,
2、提出了一種新型的梯度點(diǎn)陣復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu),采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法,對(duì)縱向和橫向梯度點(diǎn)陣復(fù)合材料夾芯梁的彎曲和振動(dòng)性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究,具體內(nèi)容如下:
1.首次提出了梯度點(diǎn)陣的概念,通過(guò)改變單胞長(zhǎng)度和芯子桿寬度的方法設(shè)計(jì)了兩種縱向梯度點(diǎn)陣夾芯梁?;贏llen夾芯梁變形假設(shè),建立了梯度夾芯梁的力學(xué)模型,推導(dǎo)了該結(jié)構(gòu)在彎曲載荷作用下強(qiáng)度和剛度的理論預(yù)報(bào)公式。改進(jìn)傳統(tǒng)制備方法,提出一種能夠快速成型的自動(dòng)切割及熱壓
3、一體化工藝實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的制備,并開(kāi)展了相應(yīng)的彎曲實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證理論的正確性。研究了縱向梯度點(diǎn)陣夾芯梁幾何參數(shù)和梯度分布對(duì)其彎曲性能的影響,結(jié)果顯示,在同等質(zhì)量的情況下,梯度夾芯梁比均勻夾芯梁具有更高的彎曲強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)理論公式無(wú)量綱化,繪制了縱向梯度點(diǎn)陣夾芯梁的失效機(jī)理圖,揭示了幾何尺寸與失效模式之間的內(nèi)在關(guān)系,并利用復(fù)合形法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.將芯體屬性等效為關(guān)于x的連續(xù)函數(shù),建立了縱向梯度點(diǎn)陣夾芯梁的振動(dòng)模型,采用Rayle
4、igh-Ritz法實(shí)現(xiàn)了縱向梯度點(diǎn)陣夾芯梁振動(dòng)特性的理論求解,并通過(guò)數(shù)值模擬加以驗(yàn)證。使用理論分析、有限元模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法,研究了結(jié)構(gòu)的梯度變化和幾何尺寸對(duì)梯度點(diǎn)陣夾芯梁固有頻率的影響,結(jié)果表明,在不增加結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下,通過(guò)調(diào)節(jié)梯度變化可以有目的性的增加或降低結(jié)構(gòu)的固有頻率。
3.已有的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)均是由等截面桿件構(gòu)成的,本文通過(guò)變截面梯形芯子代替?zhèn)鹘y(tǒng)點(diǎn)陣的等截面桿件,設(shè)計(jì)并制備了橫向梯度點(diǎn)陣夾芯梁。由于結(jié)構(gòu)特殊,傳統(tǒng)
5、的點(diǎn)陣?yán)碚撘巡贿m用,為此本文基于梯度單胞模型,通過(guò)貝塞爾函數(shù)和積分運(yùn)算推導(dǎo)了橫向梯度點(diǎn)陣夾芯梁平壓和彎曲性能的理論預(yù)報(bào)公式。通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了梯度系數(shù)和結(jié)構(gòu)幾何尺寸對(duì)橫向梯度點(diǎn)陣夾芯梁力學(xué)性能的影響,研究發(fā)現(xiàn)改變結(jié)構(gòu)的梯度系數(shù)能夠轉(zhuǎn)化其失效模式,通過(guò)分析失效機(jī)理,闡述了梯度系數(shù)與失效模式的內(nèi)在聯(lián)系。
4.基于等效理論建立了橫向梯度點(diǎn)陣夾芯梁的振動(dòng)模型,采用哈密頓原理建立結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)微分方程,求解了結(jié)構(gòu)的固有頻率。將
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