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

  更多相關(guān)文章： 空間可展柔性結(jié)構(gòu) 簧片 屈曲分析 驅(qū)動能力 屈曲承載能力 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：單簧片式空間可展柔性結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、無摩擦、能夠自動展開和自鎖等諸多優(yōu)點在大型航天空間可展結(jié)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景。作為一種開口圓柱薄殼結(jié)構(gòu),簧片受載時很可能在未達到強度破壞前就已經(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。本課題對于單簧片結(jié)構(gòu)的屈曲力學(xué)性能進行研究和優(yōu)化設(shè)計具有非常重要的意義和工程應(yīng)用價值。本文主要從以下幾個方面對單簧片結(jié)構(gòu)的屈曲問題進行研究:(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,通過理論分析和實驗的方法研究了簧片正反向折疊過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、長度對穩(wěn)態(tài)彎矩和折疊后儲存應(yīng)變能大小的影響規(guī)律,并將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比分析,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)值模擬方法對兩種不同工況下受壓簧片結(jié)構(gòu)的屈曲過程進行了非線性有限元分析�？紤]了結(jié)構(gòu)兩端簡支和兩端固支兩種工況。采用修正的弧長法,通過引入初始幾何缺陷,研究了缺陷尺寸和簧片厚度、截面圓心角、半徑、長度對結(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型電子萬能試驗機對單簧片結(jié)構(gòu)進行了壓縮實驗,將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比分析。(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、長度為設(shè)計變量,分別以結(jié)構(gòu)驅(qū)動能力和屈曲承載能力為目標的優(yōu)化模型,并進行了優(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函數(shù)和約束函數(shù)與設(shè)計變量之間的關(guān)系,利用內(nèi)點法對優(yōu)化模型進行了求解,實現(xiàn)了單簧片式空間可展結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。同時,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軟件為開發(fā)平臺,利用MATLAB和Python語言編寫二次開發(fā)程序,實現(xiàn)了單簧片式空間展開結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】：空間可展柔性結(jié)構(gòu) 簧片 屈曲分析 驅(qū)動能力 屈曲承載能力 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析11-17
• 1.2.1 開口圓柱薄殼結(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 單簧片式空間展開結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究15-17
• 1.3 本文主要研究內(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 實驗設(shè)計方法28-30
• 2.2.3 響應(yīng)面擬合精度檢驗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 有限元法的分析過程31-32
• 2.3.3 有限元法的軟件實現(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)下屈曲的實驗驗證38-41
• 3.4 幾何參數(shù)對單簧片結(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 實驗驗證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 單簧片式空間展開結(jié)構(gòu)驅(qū)動能力優(yōu)化設(shè)計68-82
• 5.1 優(yōu)化模型的建立68-70
• 5.1.1 設(shè)計變量68-69
• 5.1.2 目標函數(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)劃問題及內(nèi)點法理論70-71
• 5.2.2 優(yōu)化流程71-73
• 5.2.3 軟件二次開發(fā)73-76
• 5.3 數(shù)值算例76-80
• 5.3.1 目標函數(shù)與約束函數(shù)顯式化76-77
• 5.3.2 目標函數(shù)與約束函數(shù)響應(yīng)面擬合精度檢驗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 單簧片式空間展開結(jié)構(gòu)屈曲承載能力優(yōu)化設(shè)計82-92
• 6.1 優(yōu)化模型的建立83-85
• 6.1.1 設(shè)計變量83-84
• 6.1.2 目標函數(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 軟件二次開發(fā)85-87
• 6.3 數(shù)值算例87-90
• 6.3.1 目標函數(shù)與約束函數(shù)顯式化88-89
• 6.3.2 目標函數(shù)與約束函數(shù)響應(yīng)面擬合精度檢驗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

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙林;;和諧的追求——城市殯葬建筑的空間設(shè)計探討[J];廣西城鎮(zhèn)建設(shè);2009年03期

2 程剛;丁鋒;柴洪友;李志;陳天智;;一種大型空間展開機構(gòu)的系統(tǒng)研究[J];機械研究與應(yīng)用;2008年06期

3 春曉;劉志剛;;肆意空間,以游戲的名義[J];新材料新裝飾(完美居家);2006年08期

4 王正道;李鄭發(fā);熊志遠;暢若妮;;EMC變形機理及在空間展開結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J];宇航學(xué)報;2009年01期

5 陳務(wù)軍,董石麟,付功義,周岱,關(guān)富玲;不穩(wěn)定空間展開折疊桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定過程分析[J];工程力學(xué);2000年05期

6 劉欽鵬;段寶巖;楊東武;;柔性空間展開機構(gòu)動力學(xué)建模研究[J];機械設(shè)計;2006年03期

7 陳務(wù)軍,董石麟,付功義,周岱,胡繼軍;扭簧驅(qū)動空間展開桁架結(jié)構(gòu)分析[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2000年08期

8 ;航空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜合分析[J];CAD/CAM與制造業(yè)信息化;2013年Z1期

9 陳務(wù)軍,關(guān)富玲,董石麟;空間展開折疊桁架結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析研究[J];計算力學(xué)學(xué)報;2000年04期

10 ;[J];;年期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊玉龍;空間展開桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與熱控制研究[D];浙江大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 趙春華;單簧片式空間展開結(jié)構(gòu)的屈曲力學(xué)性能分析及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

2 張桐鳴;六邊形空間展開結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

3 王立國;空間展開桁架結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

，

本文編號：765634