層合薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)的非線性振動特性研究.pdf

1、博士學(xué)位論文層合薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)的非線性振動特性研究NonlinearVibrationCharacteristjcsofLaminatedThinwalledCylindricalShell學(xué)11204009大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要圓柱殼構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡單且具有良好的承載能力，特別是由復(fù)合材料制成的層合圓柱殼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，如航空發(fā)動機機匣、燃氣輪機盤鼓組合式轉(zhuǎn)

2、軸、飛機機體等使用了大量的圓柱殼結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)件。圓柱殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性影響著航空發(fā)動機、燃氣輪機、飛機的工作性能，要求不發(fā)生超過極少可能概率的危險性影響，且必須達到并保持特別高的結(jié)構(gòu)完整性。但目前對復(fù)雜邊界條件下殼體動力學(xué)特性還有許多科學(xué)問題亟待解決，特別是復(fù)合材料與粘彈性阻尼層合結(jié)構(gòu)振動形式與響應(yīng)特性復(fù)雜，導(dǎo)致對于復(fù)合材料層合殼體動力學(xué)行為認識不足，嚴重制約了工程技術(shù)人員對復(fù)合材料殼體構(gòu)件設(shè)計的準確性與可靠性。因此，深入開展復(fù)雜邊界

3、條件下殼體構(gòu)件的動力學(xué)特性與響應(yīng)特性研究，并針對具體的振動故障采用合理的粘彈性阻尼層合結(jié)構(gòu)以抑制殼體構(gòu)件的振動、減少振動疲勞損傷、提高構(gòu)件使用壽命是目前所面臨的緊迫挑戰(zhàn)。本文在國家自然基金項目的支持下，通過解析建模、實驗研究與有限元仿真等手段相結(jié)合，深入系統(tǒng)研究了層合圓柱殼的動態(tài)力學(xué)特性、行波特性及其非線性沖擊載荷作用下的響應(yīng)特征研究。取得的主要成果有：基于Donnel殼體理論和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)均勻化理論，針對以機匣與轉(zhuǎn)動構(gòu)件為代表的復(fù)合材

4、料層合圓柱殼動力學(xué)分析需求，提出以人工彈簧模擬邊界載荷，并采用Schmidt變換構(gòu)建的正交特征多項式函數(shù)族作振型函數(shù)，創(chuàng)新性地提出了彈性支撐邊界下復(fù)合材料層合圓柱殼力學(xué)模型，完善了復(fù)合材料層合圓柱殼分析方法。研究結(jié)果表明，本文提出的方法具有很好的精度和收斂性，既能實現(xiàn)傳統(tǒng)邊界條件如簡支、固支、自由、剪切邊界殼體動力學(xué)特性分析，又可以通過調(diào)節(jié)邊界彈簧剛度模擬任意支撐邊界?；诖朔椒ㄏ到y(tǒng)研究了在連續(xù)變化的邊界支撐剛度、轉(zhuǎn)動角速度、偏軸剛度以

5、及圓柱殼結(jié)構(gòu)參數(shù)等共同作用下復(fù)合材料圓柱殼動特性變化規(guī)律。針對粘彈性阻尼層合薄壁圓柱殼動力學(xué)分析的需求，在明確了粘彈性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的阻尼特性、本構(gòu)方程及計算力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過引入約束層、粘彈性阻尼層與基層的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，縮減了方程變量數(shù)目，提出了彈性支撐邊界粘彈性阻尼層合薄壁圓柱殼動力學(xué)建模方法。采用模態(tài)實驗、ANSYS有限元仿真的結(jié)果驗證本文方法的收斂性與準確性。重點研究了不同邊界條件與環(huán)向波數(shù)，特別是彈性支撐邊界連續(xù)變化對層合粘