飛機(jī)機(jī)身通常由壁板構(gòu)成,但復(fù)合材料壁板具有成型工藝復(fù)雜、裝配嚴(yán)格,質(zhì)量不易保證等特點(diǎn)。為此,在小型飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)中已采用了蜂窩、泡沫等夾芯結(jié)構(gòu),然而,封閉多孔芯子材料的沖擊阻抗低,且易凝結(jié)水蒸汽,上述因素制約了其應(yīng)用。褶皺夾芯板近期引起了學(xué)者們的關(guān)注,該結(jié)構(gòu)具有高比彎曲模量、高比彎曲強(qiáng)度;內(nèi)部流體通道可減少機(jī)身內(nèi)冷凝水積聚,兼具降低機(jī)艙內(nèi)噪音的作用,該夾芯板有望應(yīng)用于構(gòu)造大型飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)中。本論文歸納和總結(jié)了褶皺結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,評述了褶皺結(jié)構(gòu)的主要研究成果;基于頂點(diǎn)法的思想,對褶皺芯子曲面殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模并通過3D打印制備了試件,考查與分析了褶皺結(jié)構(gòu)的在抵抗縱向彎曲載荷與橫向彎曲載荷方面的力學(xué)性能及其失效模式,并對直線型波紋芯子和曲線型波紋芯子的曲面殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比研究。本文首先對褶皺夾芯曲面殼的建模過程與試件制備進(jìn)行了研究探索,結(jié)合已有的三維折紙?jiān)O(shè)計(jì)工藝,針對褶皺夾芯曲面殼結(jié)構(gòu),推導(dǎo)出了計(jì)算褶皺芯子各頂點(diǎn)坐標(biāo)的幾何公式,并探索出了一套結(jié)合ANSYS、MATLAB、SolidWorks與ABAQUS的有效建模方法,接著對比了目前主流的FDM(熔融沉積成型)工藝、SLA(光固化)工藝、SLS(選擇性激光燒結(jié))工藝等3D打印技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn),綜合考慮,最終選擇了斷裂延展率更高的尼龍作為母材通過SLS工藝來制備實(shí)驗(yàn)試件。以褶皺芯子夾芯曲面殼結(jié)構(gòu)為研究對象,從實(shí)驗(yàn)與有限元模擬兩個(gè)方面對該結(jié)構(gòu)的抗彎性能及其失效模式進(jìn)行了研究。分別考慮了在受縱向彎曲載荷與橫向彎曲載荷作用時(shí),加載速率對褶皺芯子抗彎性能的影響。為了驗(yàn)證褶皺芯子結(jié)構(gòu)的抗彎性能優(yōu)越性,分別將褶皺芯子橫向抗彎性能與縱向抗彎性能同與其相對密度近似的直線型波紋芯子和曲線型波紋芯子曲面殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。最后通過數(shù)值模擬的方法對褶皺芯子曲面殼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性進(jìn)行了研究分析,為了保證結(jié)果的有效性,將對曲面殼、波紋殼、波紋筒三種結(jié)構(gòu)模擬所得前六階固有頻率與模態(tài)振型同文獻(xiàn)進(jìn)行了對比,接著在驗(yàn)證了有限元模擬方法有效準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,研究了褶皺芯子幾何參數(shù)線線夾角和面面夾角對結(jié)構(gòu)前四階模態(tài)振型與頻響曲線的影響。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V214
【部分圖文】：

圖 1-1 用于構(gòu)建機(jī)身的樹脂浸漬芳綸紙褶皺芯子結(jié)構(gòu)示意圖[8]圖 1-2 褶皺芯子通過開孔通道原理[9] 褶皺結(jié)構(gòu)的仿生學(xué)啟示及其拓?fù)錁?gòu)型隨著傳統(tǒng)折紙技術(shù)地不斷提高與改進(jìn)，并受到自然界生物現(xiàn)象的啟發(fā)，人們設(shè)了最初的褶皺夾芯結(jié)構(gòu)。下面將首先介紹褶皺結(jié)構(gòu)的幾種生物學(xué)啟示，然后引iura-ori 褶皺結(jié)構(gòu)概念的提出過程，最后介紹了幾種典型的褶皺結(jié)構(gòu)幾何拓?fù)?

圖 1-2 褶皺芯子通過開孔通道原理[9]仿生學(xué)啟示及其拓?fù)錁?gòu)型技術(shù)地不斷提高與改進(jìn)，并受到自然界生物現(xiàn)象的夾芯結(jié)構(gòu)。下面將首先介紹褶皺結(jié)構(gòu)的幾種生物學(xué)結(jié)構(gòu)概念的提出過程，最后介紹了幾種典型的褶皺的仿生學(xué)啟示及其概念提出斷進(jìn)化過程中，為了生存動(dòng)植物不得不進(jìn)化出最適應(yīng)殘酷的外部環(huán)境。本文介紹的褶皺芯子結(jié)構(gòu)示而提出，它并非由人們無依據(jù)空想出來的結(jié)構(gòu)，然界中生物經(jīng)過千百年的自然進(jìn)化演變而來的一種得到。圖 1-3 中列出了幾種典型的與褶皺芯子結(jié)構(gòu)到的幾何構(gòu)型。其中圖 1-3b)所展示的角樹葉片的

周期性 Miura-ori 紙 b）角樹樹葉 c）鋸齒 Miura 薄膜 d）非穩(wěn)態(tài) Miura-ori 模式圖 1-3 褶皺結(jié)構(gòu)的生物學(xué)啟示[10]前廣泛的褶皺拓?fù)錁?gòu)型中，Miura-ori 折疊模式受到關(guān)注較為熱烈，其應(yīng)，它是由日本的一位科學(xué)家 Miura 教授通過結(jié)合日本古代傳統(tǒng)的折紙技，圖 1-4 中展示了這種褶皺結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)思路圖[11,12]，它利用折紙的方要拉伸材料使其變形的條件下，將平板材料通過彎曲折疊成三維立體結(jié)這種 Miura-ori 彎曲折疊模式可以較好的避免在折痕處引起撕裂現(xiàn)象的不同時(shí)非常便于實(shí)際操作。圖 1-4 平板轉(zhuǎn)換成三維褶皺芯子的折疊方案示意圖[11][12]Convex fold line Concave fold lineParallelogram
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本文編號：2858970