發(fā)布時(shí)間：2020-10-21 19:37

　　 風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件之一。作為一種細(xì)長(zhǎng)柔性體結(jié)構(gòu),葉片在復(fù)雜的外載荷作用下很容易發(fā)生振動(dòng)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,葉片尺寸的不斷增大,葉片結(jié)構(gòu)更趨于柔性。對(duì)葉片進(jìn)行幾何線性分析已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)際的工作需求,故進(jìn)行幾何非線性有限元分析對(duì)研究風(fēng)力機(jī)葉片振動(dòng)有著很重要的價(jià)值。形狀記憶合金(SMA)因?yàn)榫哂歇?dú)特的形狀記憶效應(yīng)和偽彈性效應(yīng),在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方面得到了廣泛的研究和發(fā)展。為了研究幾何非線性條件下SMA對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的抑振效果,本文以內(nèi)嵌偽彈性SMA復(fù)合材料等截面和變截面層合梁為研究對(duì)象,基于非線性有限元法分析了SMA纖維嵌入到復(fù)合材料梁中的抑振效果,為SMA纖維在實(shí)際工作狀態(tài)中風(fēng)力機(jī)葉片振動(dòng)控制的應(yīng)用和延長(zhǎng)葉片使用壽命提供了有價(jià)值的理論基礎(chǔ)。本文主要工作如下:首先,基于復(fù)合材料力學(xué)基本理論,幾何非線性分析理論、非線性有限元分析法以及SMA的相變特性建立了內(nèi)嵌SMA纖維的復(fù)合材料實(shí)心層合梁的非線性靜力學(xué)平衡方程,對(duì)內(nèi)嵌偽彈性復(fù)合材料實(shí)心梁進(jìn)行非線性靜態(tài)模擬分析:對(duì)SMA纖維復(fù)合桿進(jìn)行了拉伸加卸載模擬,得到在受拉伸載荷作用下的載荷與變形量關(guān)系曲線以及相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線,為未來(lái)考慮離心力載荷作用奠定了基礎(chǔ);使用ANSYS與MATLAB模擬分析了幾何非線性條件下對(duì)內(nèi)嵌SMA的復(fù)合材料層合梁施加橫向靜載荷時(shí)SMA纖維復(fù)合材料梁的偽彈性耗能能力,驗(yàn)證了MATLAB程序的準(zhǔn)確性,為后文使用MATLAB程序進(jìn)行非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析提供可靠保障。其次,利用MATLAB軟件分析了SMA纖維層體積含量、安裝位置以及工作溫度等參數(shù)對(duì)內(nèi)嵌偽彈性SMA纖維復(fù)合材料梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn):SMA纖維體積含量越多,其應(yīng)力應(yīng)變形成的滯后環(huán)的面積越小,SMA纖維復(fù)合材料層的偽彈性耗能能力降低,但其抑振能力因剛度的提高而增大,自由端撓度得到減小;SMA纖維復(fù)合材料層安裝位置離梁的中面越遠(yuǎn),對(duì)層合梁的振動(dòng)抑制效果越明顯,且應(yīng)力應(yīng)變形成的滯后環(huán)的面積越大,耗能能力增強(qiáng);梁自由端撓度會(huì)隨著工作時(shí)溫度的升高而減小,且SMA纖維的線彈性變形階段得以延長(zhǎng),剛度也隨之增強(qiáng),其抑振能力增強(qiáng),但由于高溫時(shí)應(yīng)力應(yīng)變形成的滯后環(huán)面積較低溫時(shí)減小,SMA纖維偽彈性耗能能力隨著溫度的升高而降低。確定好以上參數(shù)對(duì)SMA纖維復(fù)合材料梁偽彈性耗能能力以及抑振的影響,隨后對(duì)比分析了在橫向動(dòng)載荷作用下幾何非線性和幾何線性兩種情況的SMA纖維復(fù)合材料梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn):幾何非線性分析時(shí)梁自由端撓度較幾何線性時(shí)明顯降低,故SMA纖維復(fù)合材料層的抑振能力較線性分析時(shí)增強(qiáng);SMA纖維復(fù)合材料層應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系所形成的滯后環(huán)面積較線性時(shí)減小,故其偽彈性耗能能力較線性時(shí)減弱。最后,為了更貼近實(shí)際工作情況,把風(fēng)力機(jī)葉片簡(jiǎn)化為變截面復(fù)合材料空心層合梁,研究了其在風(fēng)載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。并分析了結(jié)構(gòu)阻尼以及應(yīng)變幅值對(duì)梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn):結(jié)構(gòu)阻尼能提高SMA纖維復(fù)合材料層對(duì)梁的抑振效果;同一時(shí)刻,相同載荷作用下,隨著應(yīng)變幅值的增大,梁自由端位移減小,且SMA纖維復(fù)合材料層的應(yīng)力應(yīng)變曲線向右移動(dòng),滯后環(huán)變寬,滯后環(huán)的面積增大,SMA纖維的偽彈性耗能能力明顯增強(qiáng)。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG139.6;TB33
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的目的和意義
    1.2 非線性有限元分析
        1.2.1 非線性有限元基本方法
        1.2.2 ANSYS用于結(jié)構(gòu)非線性分析過(guò)程簡(jiǎn)介
    1.3 形狀記憶合金在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 形狀記憶合金用于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制方法
        1.3.2 形狀記憶合金用于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容
2 形狀記憶合金力學(xué)性能研究
    2.1 形狀記憶合金主要特性
        2.1.1 形狀記憶效應(yīng)
        2.1.2 偽彈性效應(yīng)
        2.1.3 相變滯后特性
        2.1.4 高阻尼特性
    2.2 形狀記憶合金本構(gòu)模型
        2.2.1 Tanaka本構(gòu)模型
        2.2.2 Liang-Rogers本構(gòu)模型
        2.2.3 Brinson本構(gòu)模型
    2.3 Brinson模型數(shù)值模擬分析
    2.4 本章小結(jié)
3 內(nèi)嵌偽彈性SMA纖維等截面復(fù)合材料梁靜態(tài)非線性有限元分析
    3.1 內(nèi)嵌偽彈性SMA復(fù)合材料梁非線性的理論分析
    3.2 算例分析
        3.2.1 梁彎曲靜力學(xué)分析
        3.2.2 嵌入SMA纖維的復(fù)合材料層合桿拉伸靜力學(xué)分析
    3.3 SMA纖維復(fù)合材料層合梁的彎曲變形分析
    3.4 本章小結(jié)
4 內(nèi)嵌偽彈性SMA纖維等截面復(fù)合材料梁動(dòng)態(tài)非線性有限元分析
    4.1 理論模型分析
        4.1.1 SMA纖維復(fù)合材料實(shí)心層合梁模型
        4.1.2 SMA纖維復(fù)合材料空心層合梁模型
    4.2 復(fù)合材料實(shí)心層合梁動(dòng)力學(xué)算例分析
    4.3 不同參數(shù)對(duì)內(nèi)嵌SMA纖維復(fù)合材料梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響
        4.3.1 SMA纖維體積含量對(duì)SMA纖維復(fù)合材料梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響
        4.3.2 SMA纖維復(fù)合材料層的安裝位置對(duì)SMA纖維復(fù)合材料梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響
        4.3.3 工作環(huán)境溫度對(duì)SMA纖維復(fù)合材料梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響
    4.4 內(nèi)嵌偽彈性SMA纖維層合梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)值模擬與分析
        4.4.1 SMA實(shí)心層合梁受簡(jiǎn)諧集中載荷作用
        4.4.2 SMA空心層合梁受簡(jiǎn)諧均布載荷作用
    4.5 本章小結(jié)
5 內(nèi)嵌偽彈性SMA變截面復(fù)合材料梁非線性有限元分析
    5.1 理論模型
    5.2 風(fēng)載荷計(jì)算
    5.3 結(jié)構(gòu)阻尼簡(jiǎn)介
    5.4 內(nèi)嵌偽彈性SMA變截面復(fù)合材料懸臂梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬
    5.5 SMA纖維的不同應(yīng)變幅值對(duì)嵌入SMA纖維的變截面復(fù)合材料空心梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響
    5.6 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士研究生學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2850516