复合材料双稳态层合结构动力响应与阻尼性能分析

摘要

多稳态结构具有多个稳定构型，通过不同构型间的转换可实现结构变体，从而成为变体结构重要的可选构型。变体结构稳态间的转换是一个短时动态过程，因此，变体结构形状控制需要准确了解结构的稳态跳转条件以及含稳态跳转的动力响应规律。本文首先针对非对称复合材料层合板通过高温固化过程形成的双稳态结构，研究建立能够准确分析结构稳态间动力转换以及动力响应的解析模型，并利用该模型稳态跳转条件以及含稳态跳转的结构动力响应规律。考虑到多稳态结构的构型跳转引起大的变形，能够在一个外部激励荷载作用周期内吸收更多的能量，本文分析了非对称层合板双稳态结构的稳态跳转对结构阻尼性能的影响，定量分析了动力跳转的能量损耗过程，研究了双稳态结构的阻尼性能，为复合材料双稳态结构用于设计高性能阻尼器打下基础。具体研究内容和结果如下。
　　(1)高精度动力跳转解析模型的建立。针对非对称复合材料层合板高温固化成型形成的双稳态结构，研究建立了基于高阶多项式的稳态跳转分析的近似解析模型。基于高阶多项式表示的层合板近似位移函数，基于哈密顿原理与瑞利里兹法的结合，建立了以多项式系数为未知数的复合材料双稳态结构稳态间动力跳转的控制方程，并给出了方程的解析求解方法。利用该模型，对典型的非对称复合材料层合板双稳态结构进行了稳态跳转以及动力响应分析，并进一步分析了双稳态结构振动过程中的能量损耗。通过与有限元分析结果的对比，验证了所建立动力解析模型的准确性。
　　(2)复合材料双稳态层合板结构动力响应规律。稳态间的跳转过程为一个短时非线性动力过程，动力行为复杂，能够准确分析稳态间动力跳转过程有着重要的意义。在稳态和瞬态两种情况下，采用建立的解析模型研究结构不同参数作用下结构的动力响应规律。分析表明:结构稳态跳转要求外界激励必须达到临界载荷值，激励的幅值和频率对跳转临界载荷的影响存在着耦合作用，从而层合板双稳态结构成型时的固化温差影响稳态构型，从而对结构的临界跳转值载荷有影响。
　　(3)复合材料双稳态层合板结构阻尼性质分析。基于所提出的解析模型，考虑结构阻尼，建立有阻尼的结构动力分析方程，通过方程的求解获得了振动过程中的能量损耗，并与有限元结果进行对比，验证扩展模型的准确性;分析了激励频率、幅值以及固化温度等不同参数影响下的双稳态结构能量损耗变化规律;结果显示，由于两个稳态间跳转时可以获得更大的位移行程，稳态跳转过程的损耗能力非常突出。表明利用多稳态结构的跳转特性提高能力耗散，是提高阻尼器性能的有效方式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 多稳态结构的特点与实际应用

1．2．1 多稳态结构在可变体结构中的应用

1．2．2 多稳态结构在压电俘能等能量耗散与转换领域的应用

1．3 复合材料双稳态结构的研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 复合材料双稳态结构高精度动力解析模型的建立

2．1 引言

2．2 经典模型动力分析的缺陷

2．3 高精度动力解析模型的建立

2．3．1 总势能、动能及外力功

2．3．2 高温固化控制方程

2．3．3 动力跳转控制方程

2．3．4 能量损耗方程

2．4 小结

3 复合材料双稳态结构动力解析模型有效性验证

3．1 引言

3．2 层合板固化过程分析

3．3 双稳态结构解析模型的有限元验证

3．3．1 解析模型稳态动力分析准确性验证

3．3．2 解析模型瞬态动力分析准确性验证

3．4 小结

4 复合材料双稳态结构动力响应规律分析

4．1 双稳态层合板结构稳态动力分析的影响参数

4．1．1 激励幅值对双稳态结构稳态动力响应的影响

4．1．2 激励频率对双稳态结构稳态动力响应的影响

4．1．3 固化温差对双稳态结构稳态动力响应的影响

4．2 双稳态层合板结构瞬态动力分析的影响参数

4．2．1 激励峰值对双稳态结构瞬态动力响应的影响

4．2．2 固化温差对双稳态结构瞬态动力响应的影响

4．3 小结

5 复合材料双稳态结构阻尼性质分析

5．1 引言

5．2 稳态激励作用下能量损耗

5．2．1 稳态激励下的能量损耗过程

5．2．2 解析模型的有限元验证

5．2．3 不同参数对于双稳态层合板结构能量损耗的影响

5．3 瞬态激励作用下能量损耗

5．3．1 瞬态激励作用下的能量损耗过程

5．3．2 解析模型的有限元验证

5．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢