超彈性蒙皮拓撲構型研究.pdf

1、智能變形飛行器可改變外部形態(tài)以調整其氣動外形，從而實現在不同的飛行環(huán)境下根據飛行任務要求保持最優(yōu)的飛行效率。通過變形技術，智能飛行器實現單一飛行器執(zhí)行多任務、達到多目標運用，并節(jié)省燃油提高飛行半徑，已經成為了下一代飛行器研究的熱點方向。傳統的剛性蒙皮無法實現在智能飛行器在改變外形的同時，做出相應的形變和調整，因而，新型的柔性蒙皮材料的開發(fā)勢在必行。由于柔性蒙皮材料需實現柔性變形甚至大的超彈性變形，且柔性蒙皮技術集傳感、控制、驅動、新材料

2、、新技術等諸多難題為一體，目前仍無妥善解決方案。本課題采用蜂窩結構夾層材料為基礎實現超彈性柔性蒙皮，通過對蜂窩夾層材料進行柔順化設計和大變形設計，以研制出光滑柔順變形大，承載能力強、輕質、安全可靠的新型蒙皮材料。而蜂窩夾層支撐面板，承擔面外氣動載荷，其變形能力、變形特點、和承載能力限制著超彈性柔性蒙皮的性能。在保證其承載能力和輕質的基礎上，實現大的柔順應變能力，并根據變形的需要布置不同變形力學特性的蜂窩夾層是超彈性柔性蒙皮研制的基礎問題

3、之一。
　　課題組獲得了國家自然科學基金項目“超彈性蒙皮結構的變形機制與優(yōu)化設計研究（編號:51075380）”。本文旨在通過拓撲結構研究提高蜂窩夾層的變形柔度和應變能力，使其適應大變形的需要。對梁模型的基礎的六邊形蜂窩結構的變形力學特性進行了總結歸納，對其變形機制進行了探討，研究了正負泊松比組合蜂窩夾層的變形特性;設計了蛇形環(huán)手風琴式蜂窩夾層，并對其變形特性進行了理論、實驗和仿真分析;用有限元法對直板手風琴式蜂窩夾層的大變形特性

4、、最大應變能力進行了分析，并對其進行了結構參數優(yōu)化。
　　一、對智能變形飛行器及其研制進行了詳細介紹，并介紹了超彈性柔性蒙皮的研制的挑戰(zhàn)和進展，并對蜂窩結構材料研制超彈性柔性蒙皮的作了分析介紹，闡述了課題的來源、研究意義以及研究難點和研究方法。
　　二、在梁模型的基礎上推導了六邊形蜂窩夾層的等效彈性模量、泊松比、和最大應變量的理論表達公式，對參數變化對變形特性的影響作了定性研究和總結，并對其變形機制進行了探討。設計了正負泊松

5、比組合蜂窩夾層結構，實現六邊形蜂窩夾層零泊松比變形特性和泊松比的分布式布局，分析了其受力變形特性，為蜂窩夾層拓撲結構對變形特的影響進行了初步的探討。
　　三、設計了一維大變形柔性蛇形環(huán)手風琴式蜂窩夾層，在梁模型的基礎上，用能量法推導了蛇形環(huán)手風琴蜂窩芯的等效彈性模量理論公式和最大應變能力的理論公式;用65Mn加工的代表單元進行了實驗，對該結構的變形特性進行了研究總結，實驗結果表明可以看出該模型單元具有很強的變形能力和很好的變形柔度