考虑截面变形的梁理论及其在机翼中的应用

《考虑截面变形的梁理论及其在机翼中的应用》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、中图分类号：V214.3论文编号：102870118-S059学科分类号：080104硕士学位论文考虑截面变形的梁理论及其在机翼中的应用研究生姓名宋大鹏学科、专业工程力学研究方向复杂结构动力学指导教师何欢副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringBeamTheoryConsideringCrossSectionDeformationandItsApplicati

2、oninWingAThesisinEngineeringMechanicsbySongDapengAdvisedbyProf.HeHuanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的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

3、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：南京航空航天大学硕士学位论文摘要在机翼结构设计以及强度分析阶段，建立机翼有限元模型是不可或缺的一步。目前常用的模型有“板杆”模型和等效梁（或板）模型，其中“板杆”模型较为复杂，在机翼初始设计阶段以及动力学分析阶段尤为繁琐耗时，而等效有限元模型则需要依赖工程经验建立，且精度有限。对大展弦比机翼而言，机翼各部件均为细长构件，本文提出利用梁单元对蒙皮、翼梁、长桁等结构进行建模，而传统

4、梁单元显然无法完成该工作。为此，本文将提出一种基于截面插值的高精度三维空间梁模型，考虑了截面面内、面外变形，可用于各种细长构件的建模与分析。首先引入截面插值函数——拉格朗日函数描述截面形状，以位移向量为未知变量描述截面位移，依据插值理论构造梁单元位移场；然后基于虚功原理通过传统有限元理论推导梁单元刚度矩阵与质量矩阵，同时给出复杂截面结构截面离散方法，并采用MATLAB编制相应的前后处理有限元程序。在此基础上，通过实体梁、薄壁开口梁以及薄壁闭口梁等典型算例作算例验证工作，并与传统梁单元、Nastran实体单元计算结果进行对比以验证该梁单元的可靠性和优势；最

5、后，利用该梁单元对一长直机翼结构进行有限元建模与静、动力学分析，为长直机翼结构设计与分析提供一种一维梁简化建模方法。关键词：机翼，空间梁模型，截面插值，截面变形，虚功原理，简化建模方法I考虑截面变形的梁理论及其在机翼中的应用ABSTRACTDuringtheperiodofwingstructuredesignandstrengthanalysis,theestablishmentofwingfiniteelementmodelisanindispensablestep.Atpresent,thecommonlyusedmodelsarethe"plat

6、e-beam"modelandtheequivalentbeam(orplate)model.However,the"plate-beam"modeliscomplicatedandtime-consuming,especiallyintheinitialdesignandthedynamicanalysisofthewing,whiletheequivalentfiniteelementmodelreliesontheengineeringexperience,andtheaccuracyislimited.Forthehigh-aspect-rati

7、owing,thewingcomponentsaremainlyslendermembers.Inthispaper,thebeamelementisusedtomodelskin,wingspar,stringerandsomeotherstructures,andthetraditionalbeamelementsareobviouslyunabletocompletethework.Tothisend,thispaperpresentsahigh-precisionthree-dimensionalbeammodelbasedoncross-sec

8、tioninterpolation,whichconsidersin-plane