本文關(guān)鍵詞：形狀記憶合金在飛行器結(jié)構(gòu)剛度控制中的應(yīng)用研究

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【摘要】：本文以超聲速飛行器結(jié)構(gòu)氣動熱軟化現(xiàn)象為背景,研究了基于形狀記憶合金的結(jié)構(gòu)剛度控制方法,提出了將SMA條帶作為加強(qiáng)筋的舵面結(jié)構(gòu)。以梁結(jié)構(gòu)為研究對象,利用形狀記憶合金的特性,將其布置在梁結(jié)構(gòu)上,給出梁結(jié)構(gòu)剛度控制的數(shù)學(xué)模型。以Ni-Ti形狀記憶合金為計算對象,根據(jù)計算結(jié)果得出:梁結(jié)構(gòu)的剛度控制效果與形狀記憶合金的厚度有關(guān),同時也與其彈性模量的比值有關(guān)。這為形狀記憶合金在飛行器結(jié)構(gòu)剛度控制中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。根據(jù)傳統(tǒng)舵面模型,設(shè)計了基于形狀記憶合金的變剛度舵面結(jié)構(gòu),通過有限元仿真分析結(jié)構(gòu)剛度控制效果,并研究溫度、氣動載荷以及材料的選取對結(jié)構(gòu)剛度控制效果的影響。以控制效果最大化為目標(biāo),利用遺傳算法對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化。對舵面結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋的布局方式進(jìn)行優(yōu)化,通過模態(tài)實驗驗證結(jié)構(gòu)剛度控制效果。結(jié)果表明,在高溫環(huán)境下利用SMA奧氏體相的彈性模量高于馬氏體相這一特性可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)剛度的被動控制。結(jié)構(gòu)控制后的一階固有頻率與控制前相比增幅可達(dá)10%。此外,研究了結(jié)構(gòu)剛度隨環(huán)境溫度升高的變化趨勢�？紤]到在環(huán)境溫度作用下,SMA不一定能完全相變,搭建了結(jié)構(gòu)剛度主動控制系統(tǒng)。實驗發(fā)現(xiàn),利用大電容的瞬時放電驅(qū)動SMA,使其完全相變,響應(yīng)時間可達(dá)15 ms。結(jié)構(gòu)剛度隨著環(huán)境溫度的增加先是逐漸減小,而后慢慢變大,最后再慢慢減小,其在SMA奧氏體相變結(jié)束溫度處的剛度最大。
【關(guān)鍵詞】：熱軟化 形狀記憶合金條帶 剛度控制 固有頻率 快速響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V214
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 智能材料與結(jié)構(gòu)14-21
• 1.2.1 形狀記憶合金材料的特性14-16
• 1.2.2 形狀記憶合金在控制中的應(yīng)用16-21
• 1.3 本文的主要內(nèi)容21-23
• 第二章 形狀記憶合金的性能測試方法及剛度控制數(shù)學(xué)模型23-35
• 2.1 形狀記憶合金材料的性能測試方法23-27
• 2.1.1 相變溫度和潛熱能測試方法23-24
• 2.1.2 比熱容測試方法24-25
• 2.1.3 基本力學(xué)參數(shù)測量方法25-27
• 2.2 形狀記憶合金的相變機(jī)理27-29
• 2.3 形狀記憶合金的剛度控制數(shù)學(xué)模型29-33
• 2.3.1 熱彎矩29-30
• 2.3.2 梁的振動方程30-33
• 2.3.3 計算分析33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 剛度控制作動器設(shè)計與結(jié)構(gòu)仿真優(yōu)化研究35-52
• 3.1 控制原理35-36
• 3.2 建模仿真分析36-40
• 3.2.1 模型設(shè)計36-37
• 3.2.2 仿真結(jié)果分析37
• 3.2.3 模型尺寸優(yōu)化分析37-40
• 3.3 氣動載荷對模型剛度控制的影響40-46
• 3.3.1 Fluent仿真計算結(jié)果40-43
• 3.3.2 氣動載荷對結(jié)構(gòu)剛度的影響43-44
• 3.3.3 總結(jié)44
• 3.3.4 溫度載荷對結(jié)構(gòu)剛度控制效果的影響44-46
• 3.4 材料的選取對模型剛度控制效果的影響46-49
• 3.4.1 邊框選用鈦合金，蒙皮選用鋁合金的情況46-47
• 3.4.2 邊框選用鋁合金，蒙皮選用鈦合金的情況47
• 3.4.3 邊框和蒙皮都選用鋁合金的情況47-48
• 3.4.4 總結(jié)48-49
• 3.5 加強(qiáng)筋布局方式優(yōu)化49-50
• 3.5.1 優(yōu)化參數(shù)49
• 3.5.2 優(yōu)化結(jié)果及分析49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第四章 形狀記憶合金對結(jié)構(gòu)剛度控制效果實驗驗證研究52-60
• 4.1 舵面樣機(jī)搭建52-56
• 4.1.1 實驗?zāi)Ｐ?/span>52-54
• 4.1.2 材料性能測試54-55
• 4.1.3 測試系統(tǒng)的搭建55-56
• 4.2 結(jié)果與分析56-59
• 4.2.1 剛度控制效果分析56-58
• 4.2.2 溫度對模型一階固有頻率的影響58-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 形狀記憶合金快速響應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計60-69
• 5.1 驅(qū)動電路系統(tǒng)設(shè)計60-65
• 5.1.1 理論計算60-62
• 5.1.2 電路設(shè)計與響應(yīng)時間62-63
• 5.1.3 實驗系統(tǒng)的搭建63-65
• 5.2 實驗結(jié)果與分析65-67
• 5.3 本章小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

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1 楊凱,辜承林;形狀記憶合金電機(jī)研究與應(yīng)用中的若干新發(fā)展[J];微電機(jī)(伺服技術(shù));2000年02期

2 劉建輝,李寧,文玉華;形狀記憶合金的應(yīng)用[J];機(jī)械;2001年03期

3 朱明;神奇的形狀記憶合金[J];企業(yè)技術(shù)開發(fā);2001年10期

4 周海鋒;形狀記憶合金及其應(yīng)用[J];機(jī)電設(shè)備;2002年05期

5 朱玉田,，

本文編號：1049570