本文關(guān)鍵詞：單簧片式空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)的屈曲力學(xué)性能分析及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：單簧片式空間可展柔性結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、無(wú)摩擦、能夠自動(dòng)展開(kāi)和自鎖等諸多優(yōu)點(diǎn)在大型航天空間可展結(jié)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景。作為一種開(kāi)口圓柱薄殼結(jié)構(gòu),簧片受載時(shí)很可能在未達(dá)到強(qiáng)度破壞前就已經(jīng)發(fā)生失穩(wěn)。因此,簧片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)整體的承載能力,也是決定飛行器能否正常工作的關(guān)鍵。本課題對(duì)于單簧片結(jié)構(gòu)的屈曲力學(xué)性能進(jìn)行研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)具有非常重要的意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)單簧片結(jié)構(gòu)的屈曲問(wèn)題進(jìn)行研究:(1)根據(jù)彈性薄殼彎曲理論建立了單簧片結(jié)構(gòu)純彎狀態(tài)下的力學(xué)模型,通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)的方法研究了簧片正反向折疊過(guò)程中彎矩隨彎曲角度的變化規(guī)律�；谟邢拊浖嗀BAQUS采用數(shù)值模擬方法分析了簧片厚度、截面圓心角、半徑、長(zhǎng)度對(duì)穩(wěn)態(tài)彎矩和折疊后儲(chǔ)存應(yīng)變能大小的影響規(guī)律,并將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,確定了關(guān)鍵影響參數(shù)。(2)建立了單簧片結(jié)構(gòu)兩端受軸向壓縮狀態(tài)下的有限元模型,采用數(shù)值模擬方法對(duì)兩種不同工況下受壓簧片結(jié)構(gòu)的屈曲過(guò)程進(jìn)行了非線性有限元分析�？紤]了結(jié)構(gòu)兩端簡(jiǎn)支和兩端固支兩種工況。采用修正的弧長(zhǎng)法,通過(guò)引入初始幾何缺陷,研究了缺陷尺寸和簧片厚度、截面圓心角、半徑、長(zhǎng)度對(duì)結(jié)構(gòu)屈曲承載能力和后屈曲行為的影響規(guī)律。另外,采用CSS-1110型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)單簧片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了壓縮實(shí)驗(yàn),將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。(3)基于響應(yīng)面方法,建立了以單簧片結(jié)構(gòu)厚度、截面圓心角、半徑、長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量,分別以結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)能力和屈曲承載能力為目標(biāo)的優(yōu)化模型,并進(jìn)行了優(yōu)化求解。采用最大差值最小化響應(yīng)面擬合方法建立了目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系,利用內(nèi)點(diǎn)法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行了求解,實(shí)現(xiàn)了單簧片式空間可展結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí),在上述優(yōu)化理論和算法的基礎(chǔ)上,以ABAQUS軟件為求解器,以MATLAB軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái),利用MATLAB和Python語(yǔ)言編寫(xiě)二次開(kāi)發(fā)程序,實(shí)現(xiàn)了單簧片式空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：空間可展柔性結(jié)構(gòu) 簧片 屈曲分析 驅(qū)動(dòng)能力 屈曲承載能力 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V414
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 選題背景與研究意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析11-17
• 1.2.1 開(kāi)口圓柱薄殼結(jié)構(gòu)屈曲力學(xué)性能的研究12-14
• 1.2.2 單簧片式空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究14-15
• 1.2.3 單簧片式空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究15-17
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容17-20
• 第2章 基本理論概述20-36
• 2.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論基礎(chǔ)20-24
• 2.1.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本概念20-21
• 2.1.2 殼體結(jié)構(gòu)屈曲分析基本理論21-23
• 2.1.3 大變形問(wèn)題23-24
• 2.2 響應(yīng)面方法的基本理論24-31
• 2.2.1 最大差值極小化響應(yīng)面擬合方法24-28
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法28-30
• 2.2.3 響應(yīng)面擬合精度檢驗(yàn)30-31
• 2.3 有限元法概述31-34
• 2.3.1 有限元法的基本原理31
• 2.3.2 有限元法的分析過(guò)程31-32
• 2.3.3 有限元法的軟件實(shí)現(xiàn)32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 單簧片結(jié)構(gòu)純彎狀態(tài)下的屈曲分析與參數(shù)影響研究36-46
• 3.1 單簧片結(jié)構(gòu)純彎狀態(tài)下模型的建立36-37
• 3.1.1 幾何模型36
• 3.1.2 力學(xué)模型36-37
• 3.2 單簧片結(jié)構(gòu)純彎狀態(tài)下屈曲的仿真分析37-38
• 3.3 單簧片結(jié)構(gòu)純彎狀態(tài)下屈曲的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證38-41
• 3.4 幾何參數(shù)對(duì)單簧片結(jié)構(gòu)純彎狀態(tài)下屈曲的影響分析41-43
• 3.4.1 厚度的影響分析41-42
• 3.4.2 截面圓心角的影響分析42
• 3.4.3 長(zhǎng)度的影響分析42-43
• 3.4.4 半徑的影響分析43
• 3.5 本章小結(jié)43-46
• 第4章 單簧片結(jié)構(gòu)受軸向壓縮載荷作用下的屈曲分析與參數(shù)影響研究46-68
• 4.1 單簧片結(jié)構(gòu)兩端簡(jiǎn)支受軸壓作用下的屈曲分析46-57
• 4.1.1 有限元模型的建立46-47
• 4.1.2 單簧片結(jié)構(gòu)兩端簡(jiǎn)支受軸壓作用下屈曲的仿真分析47-49
• 4.1.3 單簧片結(jié)構(gòu)兩端簡(jiǎn)支受軸壓作用下屈曲的參數(shù)影響分析49-57
• 4.2 單簧片結(jié)構(gòu)兩端固支受軸壓作用下的屈曲分析57-65
• 4.2.1 有限元模型的建立57-58
• 4.2.2 單簧片結(jié)構(gòu)兩端固支受軸壓作用下屈曲的仿真分析58-59
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證59-60
• 4.2.4 單簧片結(jié)構(gòu)兩端固支受軸壓作用下屈曲的參數(shù)影響分析60-65
• 4.3 本章小結(jié)65-68
• 第5章 單簧片式空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)能力優(yōu)化設(shè)計(jì)68-82
• 5.1 優(yōu)化模型的建立68-70
• 5.1.1 設(shè)計(jì)變量68-69
• 5.1.2 目標(biāo)函數(shù)69
• 5.1.3 約束條件69
• 5.1.4 收斂條件69
• 5.1.5 優(yōu)化模型69-70
• 5.2 優(yōu)化模型求解70-76
• 5.2.1 非線性規(guī)劃問(wèn)題及內(nèi)點(diǎn)法理論70-71
• 5.2.2 優(yōu)化流程71-73
• 5.2.3 軟件二次開(kāi)發(fā)73-76
• 5.3 數(shù)值算例76-80
• 5.3.1 目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)顯式化76-77
• 5.3.2 目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)響應(yīng)面擬合精度檢驗(yàn)77-78
• 5.3.3 優(yōu)化結(jié)果與分析78-80
• 5.4 本章小結(jié)80-82
• 第6章 單簧片式空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)屈曲承載能力優(yōu)化設(shè)計(jì)82-92
• 6.1 優(yōu)化模型的建立83-85
• 6.1.1 設(shè)計(jì)變量83-84
• 6.1.2 目標(biāo)函數(shù)84
• 6.1.3 約束條件84
• 6.1.4 收斂條件84
• 6.1.5 優(yōu)化模型84-85
• 6.2 優(yōu)化模型的求解85-87
• 6.2.1 優(yōu)化流程85
• 6.2.2 軟件二次開(kāi)發(fā)85-87
• 6.3 數(shù)值算例87-90
• 6.3.1 目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)顯式化88-89
• 6.3.2 目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)響應(yīng)面擬合精度檢驗(yàn)89
• 6.3.3 優(yōu)化結(jié)果與分析89-90
• 6.4 本章小結(jié)90-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-100
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文100-102
• 致謝102

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本文編號(hào)：765634