超彈性蒙皮拓撲構(gòu)型研究.pdf

1、智能變形飛行器可改變外部形態(tài)以調(diào)整其氣動外形，從而實現(xiàn)在不同的飛行環(huán)境下根據(jù)飛行任務(wù)要求保持最優(yōu)的飛行效率。通過變形技術(shù)，智能飛行器實現(xiàn)單一飛行器執(zhí)行多任務(wù)、達到多目標運用，并節(jié)省燃油提高飛行半徑，已經(jīng)成為了下一代飛行器研究的熱點方向。傳統(tǒng)的剛性蒙皮無法實現(xiàn)在智能飛行器在改變外形的同時，做出相應(yīng)的形變和調(diào)整，因而，新型的柔性蒙皮材料的開發(fā)勢在必行。由于柔性蒙皮材料需實現(xiàn)柔性變形甚至大的超彈性變形，且柔性蒙皮技術(shù)集傳感、控制、驅(qū)動、新材料

2、、新技術(shù)等諸多難題為一體，目前仍無妥善解決方案。本課題采用蜂窩結(jié)構(gòu)夾層材料為基礎(chǔ)實現(xiàn)超彈性柔性蒙皮，通過對蜂窩夾層材料進行柔順化設(shè)計和大變形設(shè)計，以研制出光滑柔順變形大，承載能力強、輕質(zhì)、安全可靠的新型蒙皮材料。而蜂窩夾層支撐面板，承擔(dān)面外氣動載荷，其變形能力、變形特點、和承載能力限制著超彈性柔性蒙皮的性能。在保證其承載能力和輕質(zhì)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大的柔順應(yīng)變能力，并根據(jù)變形的需要布置不同變形力學(xué)特性的蜂窩夾層是超彈性柔性蒙皮研制的基礎(chǔ)問題

3、之一。
　　課題組獲得了國家自然科學(xué)基金項目“超彈性蒙皮結(jié)構(gòu)的變形機制與優(yōu)化設(shè)計研究（編號:51075380）”。本文旨在通過拓撲結(jié)構(gòu)研究提高蜂窩夾層的變形柔度和應(yīng)變能力，使其適應(yīng)大變形的需要。對梁模型的基礎(chǔ)的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)的變形力學(xué)特性進行了總結(jié)歸納，對其變形機制進行了探討，研究了正負泊松比組合蜂窩夾層的變形特性;設(shè)計了蛇形環(huán)手風(fēng)琴式蜂窩夾層，并對其變形特性進行了理論、實驗和仿真分析;用有限元法對直板手風(fēng)琴式蜂窩夾層的大變形特性

4、、最大應(yīng)變能力進行了分析，并對其進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
　　一、對智能變形飛行器及其研制進行了詳細介紹，并介紹了超彈性柔性蒙皮的研制的挑戰(zhàn)和進展，并對蜂窩結(jié)構(gòu)材料研制超彈性柔性蒙皮的作了分析介紹，闡述了課題的來源、研究意義以及研究難點和研究方法。
　　二、在梁模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了六邊形蜂窩夾層的等效彈性模量、泊松比、和最大應(yīng)變量的理論表達公式，對參數(shù)變化對變形特性的影響作了定性研究和總結(jié)，并對其變形機制進行了探討。設(shè)計了正負泊松

5、比組合蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)六邊形蜂窩夾層零泊松比變形特性和泊松比的分布式布局，分析了其受力變形特性，為蜂窩夾層拓撲結(jié)構(gòu)對變形特的影響進行了初步的探討。
　　三、設(shè)計了一維大變形柔性蛇形環(huán)手風(fēng)琴式蜂窩夾層，在梁模型的基礎(chǔ)上，用能量法推導(dǎo)了蛇形環(huán)手風(fēng)琴蜂窩芯的等效彈性模量理論公式和最大應(yīng)變能力的理論公式;用65Mn加工的代表單元進行了實驗，對該結(jié)構(gòu)的變形特性進行了研究總結(jié)，實驗結(jié)果表明可以看出該模型單元具有很強的變形能力和很好的變形柔度