本文關(guān)鍵詞：雙穩(wěn)定復(fù)合材料層板的構(gòu)型分析及其動(dòng)力學(xué)特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：先進(jìn)復(fù)合材料由于其高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕、耐疲勞和可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn),在航空航天領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用。通常情況下,復(fù)合材料層板采用對(duì)稱鋪層以避免產(chǎn)生固化變形。然而,隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,復(fù)合材料層板的固化變形在特殊的應(yīng)用背景下將有可能得到充分利用。雙穩(wěn)定層板是一種在內(nèi)部殘余熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生較大的固化變形,并具有兩種穩(wěn)定構(gòu)型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。雙穩(wěn)定層板無需持續(xù)的能量來維持其穩(wěn)定構(gòu)型,并且在外力的驅(qū)動(dòng)下能夠發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變并實(shí)現(xiàn)大變形,同時(shí),雙穩(wěn)定層板在構(gòu)型轉(zhuǎn)變的過程中發(fā)生跳變現(xiàn)象并顯示出負(fù)剛度特性。雙穩(wěn)定層板的雙穩(wěn)定特性和非線性特性,使其在可變形結(jié)構(gòu)以及能量收集領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文對(duì)雙穩(wěn)定層板進(jìn)行了系統(tǒng)地研究,研究內(nèi)容包括雙穩(wěn)定層板的構(gòu)型預(yù)報(bào)和分叉行為分析、新型的混雜雙穩(wěn)定層板的設(shè)計(jì)、基于雙穩(wěn)定層板的多穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、雙穩(wěn)定層板的新型熱驅(qū)動(dòng)方法、雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)特性以及雙穩(wěn)定寬頻能量收集系統(tǒng)。本文在層板的幾何方程中引入馮卡門非線性項(xiàng),并考慮非對(duì)稱層板的拉彎耦合對(duì)中心面應(yīng)變的影響,建立了基于多項(xiàng)式位移函數(shù)的6階構(gòu)型預(yù)測理論模型。當(dāng)雙穩(wěn)定層板的尺寸較大時(shí),基于多項(xiàng)式位移函數(shù)的構(gòu)型預(yù)測模型具有較大誤差。因此,建立了飽和曲率模型以預(yù)測大尺寸雙穩(wěn)定層板的穩(wěn)定構(gòu)型。利用理論模型和有限元方法,分析了層板的長寬比、厚度和尺寸對(duì)其分叉行為的影響,并預(yù)測了雙穩(wěn)定層板的雙穩(wěn)定臨界尺寸以及中心點(diǎn)跳變臨界載荷。通過在復(fù)合材料層板中的不同位置混雜金屬層,提出了[0/90/Metal]混雜雙穩(wěn)定層板和混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板。建立了[0/90/Metal]層板的構(gòu)型預(yù)測模型,預(yù)報(bào)并分析了層板尺寸、金屬層厚度、金屬層與復(fù)合材料層之間的滑移以及吸濕效應(yīng)對(duì)[0/90/Metal]混雜雙穩(wěn)定層板的雙穩(wěn)定特性的影響。建立了對(duì)稱混雜雙穩(wěn)定層板的9參數(shù)理論模型,并采用有限元方法和理論模型分析了幾何參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的穩(wěn)定構(gòu)型的影響。采用有限元方法研究了混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板在不同邊界條件和載荷作用下的變形特性。提出了基于雙穩(wěn)定層板的多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)。利用實(shí)驗(yàn)和有限元方法分析了多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)中的機(jī)械連接對(duì)其跳變臨界載荷的影響。研究了多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)中格子結(jié)構(gòu)單元的排列方式對(duì)其穩(wěn)定構(gòu)型的影響,并對(duì)多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)的變形特性進(jìn)行了有限元分析。在多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了多穩(wěn)定蒙皮結(jié)構(gòu),并采用實(shí)驗(yàn)和有限元方法分析了蒙皮結(jié)構(gòu)的跳變臨界載荷。提出了非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的加熱驅(qū)動(dòng)方法,通過加熱改變雙穩(wěn)定層板的局部殘余應(yīng)力進(jìn)而驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)定層板發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變。針對(duì)不同形狀和厚度的非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板,提出了兩種加熱策略,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用有限元方法分析了加熱驅(qū)動(dòng)法的適用范圍,結(jié)果顯示加熱驅(qū)動(dòng)法能有效的驅(qū)動(dòng)不同尺寸和厚度的非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變�；诩訜狎�(qū)動(dòng)法,在層板的內(nèi)部埋入電熱材料,設(shè)計(jì)了單向和雙向跳變的熱驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)定層板,并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和有限元分析�；诠茴D原理,建立了非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)理論模型,采用理論模型和實(shí)驗(yàn)研究了非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板在一階固有頻率附近的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。建立了混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的有限元模型,采用隱式動(dòng)力學(xué)法和實(shí)驗(yàn)研究了混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板在其第一階和第二階固有頻率附近的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。研究結(jié)果表明雙穩(wěn)定層板在振動(dòng)過程中將出現(xiàn)剛度軟化現(xiàn)象,當(dāng)層板發(fā)生整體跳變或局部跳變時(shí),其振動(dòng)模式將從穩(wěn)定的s ingle-well振動(dòng)變?yōu)闊o規(guī)律的cross-well振動(dòng)。設(shè)計(jì)了采用矩形非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板作為載體結(jié)構(gòu)的寬頻能量收集系統(tǒng),利用矩形非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板基于其二階模態(tài)的非線性振動(dòng)帶動(dòng)壓電陶瓷進(jìn)行發(fā)電。通過實(shí)驗(yàn)研究了雙穩(wěn)定能量收集系統(tǒng)的振動(dòng)模式,并測量了不同振動(dòng)模式所需的激勵(lì)加速度和對(duì)應(yīng)的能量輸出功率。采用有限元方法分析了雙穩(wěn)定能量收集系統(tǒng)的靜力學(xué)非線性特性,并分析其非線性特性對(duì)其振動(dòng)模式的影響。最后提出了雙穩(wěn)定壓電能量收集系統(tǒng)的優(yōu)化方案,并采用有限元方法對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：雙穩(wěn)定層板 多穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 熱驅(qū)動(dòng) 動(dòng)力學(xué)特性 能量收集
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-37
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-35
• 1.2.1 雙穩(wěn)定層板的設(shè)計(jì)與構(gòu)型預(yù)測研究16-25
• 1.2.1.1 雙穩(wěn)定層板的構(gòu)型預(yù)測16-20
• 1.2.1.2 雙穩(wěn)定層板的穩(wěn)定構(gòu)型影響因素20-22
• 1.2.1.3 雙穩(wěn)定層板的跳變22-23
• 1.2.1.4 雙穩(wěn)定層板的設(shè)計(jì)研究23-25
• 1.2.2 雙穩(wěn)定層板的跳變驅(qū)動(dòng)研究25-29
• 1.2.3 雙穩(wěn)定層板在可變形結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究29-33
• 1.2.4 基于雙穩(wěn)定層板的能量收集研究33-35
• 1.2.4.1 雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)性能研究33-34
• 1.2.4.2 雙穩(wěn)定層板在振動(dòng)能量收集中的應(yīng)用34-35
• 1.3 主要研究內(nèi)容35-37
• 第2章 非對(duì)稱雙穩(wěn)定復(fù)合材料層板的構(gòu)型及臨界載荷預(yù)報(bào)37-60
• 2.1 引言37
• 2.2 非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的構(gòu)型預(yù)報(bào)模型37-44
• 2.2.1 非線性層板理論37-39
• 2.2.2 Rayleigh-Ritz法39-40
• 2.2.3 薄膜應(yīng)變模型與中心面應(yīng)變模型40-42
• 2.2.4 飽和曲率模型42-44
• 2.3 非對(duì)稱層板的構(gòu)型預(yù)測及臨界載荷預(yù)報(bào)44-58
• 2.3.1 非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的構(gòu)型預(yù)報(bào)44-51
• 2.3.1.1 正方形[0n/90n]層板44-49
• 2.3.1.2 長方形[0n/90n]層板49-51
• 2.3.2 非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的幾何參數(shù)分析51-55
• 2.3.2.1 層板邊長參數(shù)分析51-53
• 2.3.2.2 層板厚度參數(shù)分析53-54
• 2.3.2.3 層板長寬比參數(shù)分析54-55
• 2.3.3 非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的臨界載荷預(yù)報(bào)55-58
• 2.4 小結(jié)58-60
• 第3章 新型混雜雙穩(wěn)定復(fù)合材料層板的構(gòu)型及臨界載荷預(yù)報(bào)60-88
• 3.1 引言60
• 3.2 [0/90/AL]混雜雙穩(wěn)定層板60-70
• 3.2.1 [0/90/Al]混雜層板的構(gòu)型預(yù)報(bào)理論模型62-63
• 3.2.2 [0/90/Al]混雜層板的構(gòu)型預(yù)報(bào)63-67
• 3.2.3 [0/90/Al]混雜層板的幾何參數(shù)分析67-69
• 3.2.4 [0/90/Al]混雜雙穩(wěn)定層板的臨界載荷預(yù)測69-70
• 3.3 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板70-86
• 3.3.1 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的有限元分析71-75
• 3.3.2 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的構(gòu)型預(yù)報(bào)理論模型75-76
• 3.3.3 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的構(gòu)型預(yù)報(bào)76-79
• 3.3.4 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的參數(shù)分析79-83
• 3.3.5 混雜雙穩(wěn)定層板的臨界載荷預(yù)測83-86
• 3.4 小結(jié)86-88
• 第4章 基于雙穩(wěn)定層板的多穩(wěn)定結(jié)構(gòu)及其構(gòu)型分析88-109
• 4.1 前言88
• 4.2 三穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)88-96
• 4.2.1 三穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法及實(shí)驗(yàn)88-91
• 4.2.2 三穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)的有限元模擬與分析91-96
• 4.3 多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)96-103
• 4.3.1 多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)96-99
• 4.3.2 多穩(wěn)定格子結(jié)構(gòu)的有限元模擬與分析99-103
• 4.4 多穩(wěn)定蒙皮結(jié)構(gòu)103-108
• 4.4.1 多穩(wěn)定蒙皮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)103-106
• 4.4.2 多穩(wěn)定蒙皮結(jié)構(gòu)的有限元模擬與分析106-108
• 4.5 小結(jié)108-109
• 第5章 熱驅(qū)動(dòng)可變形雙穩(wěn)定層板109-128
• 5.1 前言109
• 5.2 雙穩(wěn)定層板加熱驅(qū)動(dòng)法109-119
• 5.2.1 熱驅(qū)動(dòng)法原理109-111
• 5.2.2 熱驅(qū)動(dòng)法的有限元分析與驗(yàn)證111-113
• 5.2.2.1 [0/90] 雙穩(wěn)定層板111-112
• 5.2.2.2 [03/903]雙穩(wěn)定層板112-113
• 5.2.3 熱驅(qū)動(dòng)法的驗(yàn)證試驗(yàn)113-116
• 5.2.3.1 [0/90]雙穩(wěn)定層板113-115
• 5.2.3.2 [03/903] 雙穩(wěn)定層板115-116
• 5.2.4 熱驅(qū)動(dòng)法的適用性分析116-119
• 5.3 熱驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)定層板119-127
• 5.3.1 熱驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)定層板的設(shè)計(jì)與制備119-121
• 5.3.2 熱驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)定層板的有限元分析121-124
• 5.3.3 熱驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)定層板的構(gòu)型轉(zhuǎn)變過程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證124-127
• 5.4 小結(jié)127-128
• 第6章 雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)特性分析及振動(dòng)能量收集128-159
• 6.1 引言128
• 6.2 非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)行為分析128-138
• 6.2.1 正交非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)模型128-130
• 6.2.1.1 正交非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的線性基頻預(yù)測模型128-129
• 6.2.1.2 正交非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的非線性動(dòng)力學(xué)模型129-130
• 6.2.2 正交非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)行為分析130-138
• 6.2.2.1 正交非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的single-well振動(dòng)130-133
• 6.2.2.2 正交非對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的cross-well振動(dòng)133-138
• 6.3 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的動(dòng)力學(xué)行為分析138-145
• 6.3.1 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的single-well振動(dòng)138-140
• 6.3.2 混雜對(duì)稱雙穩(wěn)定層板的cross-well振動(dòng)140-145
• 6.4 基于正交非對(duì)稱層板的寬頻振動(dòng)能量收集145-158
• 6.4.1 矩形壓電雙穩(wěn)定層板145-148
• 6.4.2 振動(dòng)能量收集實(shí)驗(yàn)148-152
• 6.4.3 矩形壓電雙穩(wěn)定層板的有限元分析152-156
• 6.4.4 矩形壓電雙穩(wěn)定層板的優(yōu)化156-158
• 6.5 小結(jié)158-159
• 結(jié)論159-162
• 參考文獻(xiàn)162-171
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果171-174
• 致謝174-175
• 個(gè)人簡歷175

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張曉艷;;非對(duì)稱正交鋪層雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用[J];航空制造技術(shù);2012年17期

2 孫舒;曹樹謙;;雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模及分析[J];物理學(xué)報(bào);2012年21期

  本文關(guān)鍵詞：雙穩(wěn)定復(fù)合材料層板的構(gòu)型分析及其動(dòng)力學(xué)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：280316