可调控热膨胀结构设计及其性能表征

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1、硕士学位论文可调控热膨胀结构设计及其性能表征THEDESIGNANDCHARACTERIZATIONOFTAILORABLETHERMALEXPANSIONSTRUCTURES王舒杨哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB39学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文可调控热膨胀结构设计及其性能表征硕士研究生：王舒杨导师：马力教授申请学位：工学硕士学科：力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TB39U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEDESIGNANDCHARACTERIZATIONOFTAILORABLETHERMALEXPANSIONSTRUCTURESCandidate：WANGShuyangSupervisor：Prof.MALiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechanicsAffiliation：CenterforCom

3、positeMaterialsandStructuresDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要可调控热膨胀系数结构由于其具有良好形状稳定性的特点以及作为驱动器的应用前景，正受到国内外学者的广泛关注。但是，目前关于该结构的设计、实验的相关工作相对较少，特别是对该结构的制备流程及实验研究仍处于起步阶段。本文借鉴目前已有的研究，设计了基于双材料梁与双箭头结构这两类具有可调热膨胀

4、系数的二维复合材料结构，并将其拓展至三维空间，从而设计了两种三维结构。通过理论推导、数值模拟与实验表征的方法研究其热膨胀特性。主要包括以下内容。设计基于改进型双材料梁的平面点阵结构。给出了一种设计可调控热膨胀系数点阵结构的设计方法，揭示了结构的几何参数和材料属性对于结构热膨胀系数的影响。设计了一种基于嵌锁工艺的制备工艺，实验研究表明，通过改变结构参数，可以使结构呈现或正或负的热膨胀系数。设计基于双箭头的平面点阵结构。描述了结构的几何参数与材料属性对于结构热膨胀的影响，证明了改变结构的几何参数与材料属

5、性，可以使结构呈现各向异性的热膨胀特性，且说明了这种结构在比刚度方面存在一定优势。设计了一种针对该结构的模压成型制备工艺，通过实验研究证明了结构的可行性。将两种平面结构向三维空间拓展，设计了两种三维结构。提出了两种三维可调控热膨胀系数结构的设计方法。确定了影响三维结构的热膨胀系数的相关因素，并且说明了其均具有较大的热膨胀系数调控范围。关键词：可调控热膨胀；复合材料结构；双箭头结构；双材料结构；热膨胀系数实验；IAbstractAbstractTailorablecoefficientoftherma

6、lexpansion(CTE)structuresarecominghotspotduetotheirshapestabilityandpotentialasactuator.However,thestudiesofthestructure,aboutthedesign、analysisandverification,areinsufficient,especiallyforthepreparationandexperiment.Inthisdissertation,useforreference,

7、theplannertailorableCTEstructureswhicharebasedonthebi-materialbeamandbi-materialdouble-arrowsaredesigned,respectively.Meanwhile,twokindofthree-dimensionalstructuresthatarebasedonthecorrespondingplannerlatticearedesigned.Firstly,theplannerlatticewithmod

8、ifiedbi-materialbeamisdesigned.Basedonthetheoreticalanalysisandnumericalcalculation,thegeometryparametersandmaterialspropertiesarediscussedfortheirinfluencetoCTEofstructure.Theresultshowsthattheyhaveobviouseffectforthestructureexpansion