本文選題：充氣膜結(jié)構(gòu) + 大曲率大體積柔性特性　； 參考：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：在平流層飛艇平臺(tái)這一大曲率大體積柔性充氣膜結(jié)構(gòu)的研究中,充氣膜結(jié)構(gòu)的整體和局部變形分析是膜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的重要內(nèi)容之一,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)囊體的整體和局部變形分析不僅有助于指導(dǎo)囊體結(jié)構(gòu)的制造,而且有利于能源系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等外部搭載系統(tǒng)設(shè)備的安裝,同時(shí),在獲知外部環(huán)境后,通過(guò)囊體變形能預(yù)測(cè)飛艇工作壽命。因此,探究飛艇充氣囊體變形規(guī)律對(duì)于平流層飛艇的成功研制有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文選用飛艇囊體外形為一種典型的三葉玫瑰線形,以經(jīng)典力學(xué)理論和商用有限元軟件為兩大工具,使用控制變量的方法,對(duì)影響飛艇囊體變形的四個(gè)抗力指標(biāo)和三個(gè)荷載效應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行了探究。首先,使用經(jīng)典力學(xué)理論對(duì)飛艇進(jìn)行了靜力學(xué)分析,確定了囊體內(nèi)外壓差的范圍,推導(dǎo)了囊體應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算公式,并驗(yàn)證了鐵木辛柯梁理論在分析充氣膜結(jié)構(gòu)中的正確性。其次,從飛艇囊體的大曲率大體積柔性的特點(diǎn)出發(fā),結(jié)合有限單元法的基本原理,提出了解決該類(lèi)問(wèn)題的一般方法。由于飛艇頭錐、尾錐曲率較大,數(shù)值計(jì)算時(shí)網(wǎng)格難以劃分,即使是模型正確、網(wǎng)格質(zhì)量?jī)?yōu)良,在計(jì)算過(guò)程中也可能出現(xiàn)不收斂的情況,本文針對(duì)這種情況提出了具體的解決措施;由于飛艇是懸浮在空氣中的,如何確定其邊界條件是其靜力計(jì)算中的關(guān)鍵問(wèn)題之一,目前針對(duì)該問(wèn)題的解決方法有兩種,其一是采用慣性釋放技術(shù),其二是在適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)施加約束,本文對(duì)兩種方法做了詳細(xì)的分析對(duì)比,并指出了各自的應(yīng)用范圍。最后,利用大曲率大體積柔性充氣結(jié)構(gòu)的有限元方法,對(duì)材料彈性模量、泊松比、結(jié)構(gòu)囊體長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)細(xì)比這四個(gè)影響囊體變形的抗力指標(biāo)分別作了數(shù)值計(jì)算,通過(guò)分析得出一般規(guī)律;對(duì)囊體內(nèi)外壓差、重力荷載、吊掛荷載這三個(gè)影響囊體變形的荷載效應(yīng)指標(biāo)做了數(shù)值計(jì)算,通過(guò)分析得出一般規(guī)律。
[Abstract]:In the study of stratospheric airship platform which is a flexible inflatable membrane structure with large curvature and large volume, the integral and local deformation analysis of inflatable membrane structure is one of the important contents of membrane structure analysis. Because the whole and local deformation analysis of structural thylakoids is not only helpful to guide the manufacture of thylakoid structures, but also conducive to the installation of external system equipment such as energy systems, propulsion systems, and so on. At the same time, after learning about the external environment, The working life of airship can be predicted by thylakoid deformation. Therefore, it is of great practical significance for the successful development of stratospheric airship to investigate the deformation law of airship filling airbag. In this paper, the airship thylakoid is chosen as a typical three-leaf rose shape. The classical mechanics theory and commercial finite element software are used as two tools, and the method of controlling variables is used. Four indexes of resistance and three indexes of load effect affecting the deformation of airship thylakoid were studied. Firstly, the static analysis of airship is carried out by using classical mechanics theory, the range of pressure difference in and out of capsule is determined, the calculation formula of stress and strain of capsule body is deduced, and the correctness of Temocco beam theory in the analysis of inflatable membrane structure is verified. Secondly, based on the characteristics of the large curvature and large volume flexibility of the airship thylakoid, combined with the basic principle of the finite element method, a general method to solve this kind of problem is put forward. Because of the large curvature of the head cone and the tail cone of the airship, it is difficult to divide the mesh in the numerical calculation. Even if the model is correct and the mesh quality is good, it may not converge in the calculation process. As the airship is suspended in the air, how to determine its boundary conditions is one of the key problems in static calculation. One is to use inertial release technology, the other is to impose constraints at appropriate points. In this paper, the two methods are analyzed and compared in detail, and their respective application fields are pointed out. Finally, by using the finite element method of flexible inflatable structure with large curvature and large volume, the resistance indexes of material elastic modulus, Poisson's ratio, structure thylake-length and structure aspect ratio to thylakoid deformation are calculated numerically respectively. Through the analysis, the general law is obtained, and the three indexes of load effect which affect the deformation of the capsule are calculated, such as the pressure difference inside and outside the capsule, the gravity load and the hanging load, and the general law is obtained through the analysis.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V274;V215

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本文編號(hào)：1901263