雙穩(wěn)態(tài)層合板跳轉(zhuǎn)過程分析與新型柔性蜂窩結(jié)構(gòu)性能評價.pdf

1、可變體飛機是未來飛行器發(fā)展的方向，而發(fā)展既能夠承載又能夠?qū)崿F(xiàn)較大程度變形的可變體結(jié)構(gòu)和材料是其關(guān)鍵技術(shù)之一?？勺凅w結(jié)構(gòu)與材料需要具有更高的承載能力和更大的變形能力，而同時在變體過程中需要盡量小的構(gòu)型保持力。多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)具有多種不同的穩(wěn)定構(gòu)型，能夠滿足多種不同氣動條件下的外形設(shè)計，同時在穩(wěn)定構(gòu)型狀態(tài)下不需要額外的能量的輸入，是可變體結(jié)構(gòu)的極具潛力的候選方案之一。蜂窩材料利用壁面的彎曲變形能夠?qū)崿F(xiàn)比基體材料大10倍的彈性變形能力，與橡膠材料復(fù)

2、合的柔性蜂窩結(jié)構(gòu)是可變體結(jié)構(gòu)蒙皮材料理想的候選方案之一。本文重點針對以上兩種候選方案，開展了兩方面的工作:一是針對雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料層合板，提出了結(jié)構(gòu)構(gòu)型之間準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)跳轉(zhuǎn)過程更準(zhǔn)確的分析方法;二是提出了一種具有更低驅(qū)動力和更大變形能力的新型柔性蜂窩結(jié)構(gòu)，并對其進行了性能評價。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)雙穩(wěn)態(tài)層合板準(zhǔn)靜態(tài)跳轉(zhuǎn)過程的理論分析模型研究。準(zhǔn)確預(yù)測穩(wěn)態(tài)構(gòu)型和跳轉(zhuǎn)載荷是多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。非對稱復(fù)合材料層合板是目前雙穩(wěn)態(tài)

3、結(jié)構(gòu)的主要形式之一。本文針對文獻中基于二次多項式位移函數(shù)建立的分析模型在預(yù)測雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料層合板臨界跳轉(zhuǎn)載荷時存在較大誤差的問題，提出了基于高階多項式的位移描述函數(shù)來改進理論分析模型，并將計算結(jié)果與有限元分析結(jié)果進行對比分析。結(jié)果表明:新的理論分析模型能夠顯著提高穩(wěn)定構(gòu)型的預(yù)測精度和減少計算臨界跳轉(zhuǎn)載荷時的誤差，驗證了本文所提出的理論分析模型的準(zhǔn)確性。
　　(2)雙穩(wěn)態(tài)層合板動態(tài)跳轉(zhuǎn)過程的理論分析模型研究。在實際工程中大多穩(wěn)態(tài)之間

4、的跳轉(zhuǎn)過程都是瞬時完成的，因此，研究穩(wěn)態(tài)構(gòu)型之間的動態(tài)跳轉(zhuǎn)過程具有更重要的意義。本文建立了基于四階多項式位移描述函數(shù)的動態(tài)跳轉(zhuǎn)理論分析模型，對非對稱鋪層的層合板結(jié)構(gòu)進行無阻尼和有阻尼分析，并將計算結(jié)果與有限元分析結(jié)果進行了對比。研究表明:在無阻尼條件下，本文提出的理論理論分析模型在不同載荷工況下，所獲得的結(jié)構(gòu)響應(yīng)（振幅和頻率），比文獻結(jié)果（二次多項式）更接近有限元分析結(jié)果，并且與有限元分析結(jié)果的偏差較小。在有阻尼情況下，能夠獲得跳轉(zhuǎn)過程

5、中較為準(zhǔn)確的載荷與位移曲線。以上結(jié)果表明，提出的解析模型具有較高的分析精度。
　　(3)八邊形零泊松比柔性蜂窩結(jié)構(gòu)的性能分析。復(fù)合式的柔性蜂窩結(jié)構(gòu)是可變體結(jié)構(gòu)蒙皮材料的候選方案。通過分析零泊松比六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)變形機理，提出了一種零泊松比八邊形蜂窩狀的新結(jié)構(gòu)，給出了其等效模量和最大變形率的解析表達式，通過與有限元結(jié)果的對比分析，證明了解析解的正確性。在此基礎(chǔ)上，通過與六邊形蜂窩對比分析表明:八變形蜂窩結(jié)構(gòu)在變形方向具有更低的剛度，且