本文關(guān)鍵詞：熱環(huán)境下層合板振動特性及優(yōu)化分析

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【摘要】：隨著廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車等各個領(lǐng)域,復(fù)合材料層合板經(jīng)常面臨著各種嚴酷復(fù)雜的工作環(huán)境如高溫、潮濕和噪聲等。上述復(fù)雜環(huán)境對層合板結(jié)構(gòu)的耐久性和完整性提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。熱環(huán)境下的層合板結(jié)構(gòu)振動特性是研究其動態(tài)響應(yīng)分析和優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ),分析層合板熱固有振動特性具有實際意義。為此,本文針對熱環(huán)境下層合板熱振動特性和溫度變化時的結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開了研究,主要內(nèi)容包括:首先,分析了熱環(huán)境下隨著溫度變化時層合板熱振動固有頻率和模態(tài)振型的規(guī)律。本文采用復(fù)合材料層合板一階剪切變形理論,通過熱應(yīng)力有限元法得到了溫度影響下的熱振動方程。結(jié)果表明,本文所采用的方法可較準確的分析熱環(huán)境下層合板振動問題。其次,研究了在溫度影響下彈性模量和剪切模量以及熱應(yīng)力對層合板熱振動特性的影響,計算了溫度升高時層合板長寬比、跨厚比和鋪層角度鋪層順序以及邊界條件對熱振動頻率的影響。數(shù)值結(jié)果表明:溫度升高會對層合板彈性模量和剪切模量產(chǎn)生影響,降低結(jié)構(gòu)剛度矩陣,使得結(jié)構(gòu)固有振動頻率降低;彈性模量和剪切模量的變化不會改變結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型。熱應(yīng)力對結(jié)構(gòu)固有頻率的影響要大于彈性模量和剪切模量對結(jié)構(gòu)固有頻率的影響,熱應(yīng)力的不斷增大將改變結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型;不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的層合板,一階振動頻率上升時的對應(yīng)的臨界溫度值各不相同。長寬比越小,跨厚比越大,臨界溫度值越小;對稱鋪層層合板要比反對稱鋪層層合板的臨界溫度值越小,簡支邊界層合板要比固支邊界層合板的臨界溫度值越小。最后,結(jié)合直接搜索模擬退火算法(簡稱DSA算法)針對層合板以一二階頻率帶隙為目標函數(shù)、鋪層角度和溫度為雙設(shè)計變量進行優(yōu)化計算。數(shù)值結(jié)果表明:隨著最優(yōu)溫度的升高,熱環(huán)境下的層合板一二階熱振動頻率帶隙逐漸增大。固支邊界一二階熱振動頻率帶隙要比簡支邊界的頻率帶隙大。層合板層數(shù)越少,長寬比越大,跨厚比越小,一二階熱振動頻率帶隙越大,預(yù)防共振效果越好。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 熱振動 DSA算法 優(yōu)化分析
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V214.8
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 引言8
• 1.2 課題背景及研究的目的和意義8-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展11-14
• 1.3.1 熱振動問題的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 層合板理論分析的現(xiàn)狀12-13
• 1.3.3 優(yōu)化設(shè)計方法研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 熱環(huán)境中層合板固有振動理論分析15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 常溫下層合板固有振動方程15-22
• 2.2.1 基于一階剪切變形理論層合板的有限元列式15-22
• 2.3 熱環(huán)境下層合板固有振動方程22-26
• 2.3.1 熱應(yīng)力有限元法22-25
• 2.3.2 層合板熱振動方程25-26
• 2.4 準確性分析26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 熱環(huán)境中層合板固有振動特性數(shù)值分析28-42
• 3.1 前言28
• 3.2 考慮溫度情況下層合板結(jié)構(gòu)固有頻率分析28-33
• 3.2.1 彈性模量和剪切模量對層合板固有頻率的影響28-30
• 3.2.2 熱應(yīng)力對層合板固有頻率的影響30-32
• 3.2.3 熱效應(yīng)對層合板固有頻率的影響32-33
• 3.3 考慮溫度情況下層合板模態(tài)振型分析33-36
• 3.3.1 彈性模量和剪切模量對層合板模態(tài)振型的影響33-35
• 3.3.2 熱應(yīng)力對層合板模態(tài)振型的影響35-36
• 3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對層合板熱振動的影響36-40
• 3.4.1 長寬比對層合板熱振動頻率的影響36-37
• 3.4.2 跨厚比對層合板熱振動頻率的影響37-38
• 3.4.3 邊界條件對層合板熱振動頻率的影響38-39
• 3.4.4 鋪層角度及順序?qū)雍习鍩嵴駝宇l率的影響39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 基于DSA算法的層合板熱振動優(yōu)化設(shè)計42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 DSA算法介紹42-46
• 4.3 層合板一二階固有頻帶隙的優(yōu)化46
• 4.4 數(shù)值模擬46-54
• 4.4.1 邊界條件對熱振動優(yōu)化變量的影響46-49
• 4.4.2 層合板層數(shù)對熱振動優(yōu)化變量的影響49-50
• 4.4.3 長寬比對熱振動優(yōu)化變量的影響50-51
• 4.4.4 跨厚比對熱振動優(yōu)化變量的影響51-53
• 4.4.5 鋪層類型對熱振動優(yōu)化變量的影響53-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 結(jié)論與展望55-57
• 5.1 本文工作總結(jié)55
• 5.2 不足之處與進一步展望55-57
• 參考文獻57-61
• 致謝61-62

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