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类蜂窝结构面内动力学参数解析表征及调控

类蜂窝结构面内动力学参数解析表征及调控

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作者：常乐中南大学

学位级别：硕士

类蜂窝结构是由一定结构的单胞周期性排布而成的一种周期结构,具有低密度、高强度、高刚度的特性。精细的类蜂窝结构设计解决了轻量化和高性能之间的矛盾,因而类蜂窝结构被广泛地应用到了航空航天、航海、交通、国防等多个领域。在类蜂... 详细信息

类蜂窝结构是由一定结构的单胞周期性排布而成的一种周期结构,具有低密度、高强度、高刚度的特性。精细的类蜂窝结构设计解决了轻量化和高性能之间的矛盾,因而类蜂窝结构被广泛地应用到了航空航天、航海、交通、国防等多个领域。在类蜂窝结构的设计研发过程中,通过调整类蜂窝结构单胞参数来改善整体力学性能,带来可观的轻量化实现、安全性、舒适性,从而提升产品经济效益和市场竞争力。因此,准确地表征单胞参数和类蜂窝性能的关系是调控研究的前提。本文依据动刚度法建立梁解析动力学模型,结合周期边界条件推导出类蜂窝结构面内闭式等效参数表达式,给类蜂窝结构面内动力学参数表征提供一个统一的框架。以此为基础,充分利用变截面梁的特殊动力学性能,研究不同设计参数对动力学参数的调控;利用预应力显著影响等效刚度的机理研究了预应力等参数对动力学参数的调控。故本文所研究梁包括类蜂窝均匀梁,类蜂窝变截面梁和类蜂窝预应力梁三种类型,主要包括以下三项研究内容:(1)研究预应力类蜂窝结构面内等效动力学参数调控。首先由单胞法推导类蜂窝结构面内等效力学参数与类蜂窝梁刚度矩阵的关系,并基于欧拉-伯努利理论的运动控制微分方程,推导预应力作用下类蜂窝结构的梁动刚度矩阵。结合这两种方法,用动刚度矩阵解析表征预应力下类蜂窝结构面内等效力学参数,并对比有限元法进行验证。并在满足结构稳定性的前提下,分析类蜂窝结构面内等效力学参数的预应力调控性和预应力作用前提下的几何参数调控性。(2)建立类蜂窝变截面梁结构准确动刚度解析模型。基于欧拉-伯努利理论的运动控制微分方程,推导了一种用于分析多种变截面梁横向自由振动的宽频域准确单元动刚度矩阵。本模型的弯曲刚度和线密度均为位置坐标的多项式函数,这使得该模型可以被用于模拟大范围的变截面梁。通过单元组装过程建模单个梁和多种梁组合梁组合。采用有限元法对动刚度法对比验证,体现了本方法的准确、高效和通用性。(3)研究变截面类蜂窝结构面内等效动力学参数调控。将所推导的变截面梁单元动刚度矩阵代入类蜂窝结构等效力学参数解析表达式,以此得到变截面类蜂窝面内等效动态力学参数。研究变截面率对等效动力学参数的影响。提出高次变截面模型的一般建模方法,对比多种变截面类型,基于等质量研究类蜂窝梁截面类型变化对等效力学参数的调控性。研究成果不仅可以发展类蜂窝结构等效参数的相关基础理论,其参数调控可以为类蜂窝结构工程应用提供理论支持,具有一定的理论意义和实用价值。图55幅,表22个,参考文献99篇。

关键词：类蜂窝结构单胞法动刚度法预应力调控变截面调控

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