基于形状记忆合金的结构刚度控制研究

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1、中图分类号：TH135.2论文编号：102870114-S180学科分类号：082501硕士学位论文基于形状记忆合金的结构刚度控制研究研究生姓名王明义学科、专业飞行器设计研究方向飞行器设计指导教师裘进浩教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一四年三月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringStiffnessControlofStructureUsingShapeMemoryAlloysAThesisinFlightVe

2、hicleDesignbyWangMing-yiAdvisedbyProf.QiuJin-haoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMar,2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。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，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入

3、有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文主要针对气动加热环境结构刚度下降的问题，基于形状记忆合金的特性，提出采用形状记忆合金驱动器对其进行刚度控制。首先，通过有限元仿真揭示了气动加热环境下对弹体结构固有频率的影响，并根据形状记忆合金的特性提出了刚度控制策略。其次，讨论了适用于回复应力计算的形状记忆合金一维本构模型，设计对形状记忆合金驱动器预拉伸和性能测试的实验装置，应用Brinson一维本构模型计算不同预应变的形状记忆合金丝回复应力随温度的变

4、化，并与实验结果相比较。第三，针对MSC.NASTRAN不能很好地建立形状记忆合金材料，结合实际工程需要，利用PATRAN的二次开发语言将一维形状记忆合金材料系统集成到PATRAN中，通过开发的模块实现了商业有限元软件中对布置有形状记忆合金材料的驱动结构以及复合材料结构进行有限元建模分析。同时针对气动加热引起的高温效应使结构刚度降低的现象，提出了利用形状记忆合金纤维埋入结构中进行刚度控制的方法。从建立SMA纤维混杂层合板出发，研究了温度载荷下结构刚度特性与SMA的初始预应变、体积含量关系。最后，研究了基于形状记忆合金的平板结构刚度控制方法，提出了驱动器在平板上的布置形式。通过建立

5、分析有限元模型并结合实验验证控制效果，在此基础上进一步采用遗传优化算法对驱动器布局方式进行优化，优化后的布置方案可实现利用较少的SMA驱动器提高刚度控制效果，为利用形状记忆合金实现对结构的刚度控制提供参考和借鉴。关键词：热效应，形状记忆合金，刚度控制，回复应力，布局优化本课题得到了江苏高校优势学科建设工程项目、国家自然科学基金项目（No.11372133）的资助。本课题在机械结构力学及控制国家重点实验室研究完成。I万方数据基于形状记忆合金的结构刚度控制研究ABSTRACTTosolvetheproblemofstiffnessdecreaseinducedbyaerodynami

6、cheating,stiffnesscontrolusingshapememoryalloyswasinvestigatedbasedonitsactivestrainenergytuning(ASET).Firstly,theinfluenceofmissilestructurenaturalfrequencyduetoaerodynamicheatingwasresearchedusingFEMsimulation,andbasedonpropertiesofshapememoryalloys,thestiffnesscontrolstrategywaspresented.S

7、econdly,theone-dimensionconstitutivemodelofSMAwhichcanapplytorecoverystresscalculationwasdiscussedandadeviceforSMApre-stretchingandrecoverystressmeasurementswasdesigned.ByusingBrinsonone-dimensionconstitutivemodel,therecoverystressvs.temperat