压电纤维复合材料层合壳的非线性动力学研究

《压电纤维复合材料层合壳的非线性动力学研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中文图书分类号：O32密级：公开UDC：531学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：压电纤维复合材料层合壳的非线性动力学研究论文作者：刘大猛学科：力学指导教师：郭翔鹰副教授论文提交日期：2017年4月UDC：531学校代码：10005中文图书分类号：O32学号：S201401014密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：压电纤维复合材料层合壳的非线性动力学研究英文题目：NONLINEARDYNAMICANALYSISOFMACROFIBERCOMPOSITESLAMINATEDSHELLS论文作者：刘大猛学科专业：力学研究

2、方向：动力学与控制申请学位：工学硕士指导教师：郭翔鹰副教授所在单位：机械工程与应用电子技术学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：刘大猛日期：2017年5月31日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规

3、定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：刘大猛日期：2017年5月31日导师签名：郭翔鹰日期：2017年5月31日摘要摘要随着航空航天事业的飞速发展和高新技术的应用，无人机应运而生，世界各国无论在军用还是民用领域都在大力开发和研究。纵观国外无人机(包括中、高空无人侦察机、无人作战飞机等)，无一例外地大量使用了复合材料结构，有些已经是全复合材料结构，因此以复合材料为核心的无人机结构设计/制造技术是影响无人机发展的关键技术之一。压电纤维复合

4、材料是一种新型压电复合材料，其优点在于具有较大的平面诱导应变，可定制的正交异性，并且抗破坏能力强，使用寿命长，能够产生较大的驱动力和输出位移，在振动控制、变形控制和颤振抑制等方面都有广泛的应用，是近年来的研究热点之一。本文以无人机机翼为研究背景，以压电纤维复合层合壳为研究对象，分析压电纤维复合材料机翼结构的非线性动力学特性，以及压电纤维对机翼结构动态稳定性的调控作用。由于无人机机翼展弦比的范围较广，本文将机翼分别简化为压电纤维复合材料悬壁中厚壳模型和薄壳模型。采用Reddy高阶剪切变形理论，考虑VonKarman几何大变形，通过Hamilton原理分别建立中厚壳和薄壳的

5、非线性动力学方程。考虑结构悬壁形式的边界条件，选取合适的模态函数，通过Galerkin方法进行离散，然后运用数值方法研究了两种壳模型在具体参数条件下的非线性振动响应。论文的主要研究内容分为以下几个部分：(1)针对较小展弦比无人机机翼，简化为1-3型压电纤维复合材料悬壁中厚壳模型。基于Reddy高阶剪切变形理论、vonKarman大变形理论和适用于中厚壳的几何关系，考虑边界条件，利用Hamilton原理建立了中厚壳受到横向载荷作用下的非线性动力学控制方程。(2)对中厚壳结构的非线性运动方程进行无量纲化，然后选取合适的模态函数，运用Galerkin方法进行二阶离散，得到中厚

6、壳结构横向振动的非线性常微分方程。采用渐进摄动方法得到极坐标形式的平均方程。基于以上的分析，通过数值方法对中厚壳结构在不同参数下的动态响应进行模拟，得到了中厚壳结构的幅频响应曲线、分叉图、二维相图、三维相图、波形图和庞加莱图。分析了外激励幅值对中厚壳结构非线性振动响应的影响，以及压电系数对中厚壳结构运动状态的调控作用。(3)针对较大展弦比无人机机翼，简化为3-3型压电纤维复合材料悬壁薄壳模型。基于Reddy高阶剪切变形理论、vonKarman大变形理论和适用薄壳的几何关系，利用Hamilton原理建立了薄壳受到横向载荷作用下的非线性动力学控制方程。-I-北京工业大学工学

7、硕士学位论文(4)对薄壳的非线性运动方程进行无量纲化，然后选取合适的模态函数，运用Galerkin方法进行离散，得到薄壳x和z两个方向两自由度的非线性常微分方程。根据上述方程，通过数值方法对薄壳结构在特定参数下进行模拟，得到了薄壳的分叉图、二维相图、三维相图、波形图和庞加莱图。分析了外激励幅值对薄壳结构非线性振动响应的影响，以及电场强度对薄壳结构运动状态的调控作用。关键词：压电纤维复合材料；非线性振动；悬臂壳；稳定性分析-II-AbstractAbstractWithrapiddevelopmentofaerospaceindustrya