基于中面剪切应变精细化描述的复合材料旋转薄壁梁的动力学特性

作     者：张博 祝羽 孙东生 曹祥宇 

作者机构：长安大学理学院 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金项目(11702033) 陕西省自然科学基金项目(2022JQ-019) 长安大学中央高校基本科研业务费项目(300102123201,300102124818) 陕西省国家级大学生创新创业训练计划项目(X202410710603) 

主　　题：旋转叶片 复合材料 薄壁梁 自由振动 拉格朗日原理 

摘      要：旋翼桨叶是先进直升机的核心动力结构，常在高速旋转过程中因振动过量而失衡或失效，严重影响直升机的飞行安全。复合材料因其卓越的机械性能，广泛应用于旋翼桨叶的研发中。因此准确预示复合材料桨叶的振动特性对先进直升机的整体设计与日常维护具有重要意义。该文着重考虑了材料各向异性引起的薄壳中面剪切应变与其他中面应变、曲率及剪切流的耦合关系，简化桨叶为薄壁闭截面复合材料梁(TWCSCBs)，采用Lagrange原理及假设模态法推导出了复合材料旋转薄壁梁动力学方程。并通过与有限元仿真及文献结果的对比，验证了本文动力学模型的合理性及准确性。在此基础上，揭示了考虑材料各向异性引起的中面剪切应变各变形耦合项及剪切流对提升薄壁梁动力学模型精度的影响机制；结果发现，精细化表述剪切流对动力学建模精度的影响显著，其余耦合变形项的影响可忽略不计。