基于五模超材料的力学隐身斗篷结构设计

摘要

隐身技术广泛应用于军事用途中，主要分为电磁、声学、热学、力学几类隐身斗篷。随着坐标变换方法在电磁隐身斗篷上的成功应用，基于坐标变换原理的声学隐身斗篷和热学隐身斗篷相继出现，对于力学隐身而言，其不能满足基于坐标变换隐身理论的基本条件，即控制方程的形式在发生坐标变换时不总是具有一致性，故基于核-壳模型的力学隐身被提出。本文采用该方法进行了力学隐身斗篷结构设计。 论文介绍了坐标变换原理和核-壳模型等效变换两种隐身理论，通过理论分析对比，选取了核-壳模型理论作为力学隐身的理论基础。根据核-壳模型等效变换理论的条件要求，选取了五模超材料作为斗篷结构搭建的材料基础，给出了五模超材料的等效剪切模量和等效体积模量的计算公式。 论文针对五模超材料的弹性特性进行了静力学分析。分析了结构参数、基体材料属性、材料截面形状对五模超材料的等效剪切模量、等效体积模量和对这两种等效模量的比值影响，并使用MATLAB进行了数据曲线拟合。此外，根据仿真和拟合结果，给出了该五模超材料的等效体积模量和等效剪切模量的近似公式。 论文根据核-壳等效变换理论和对五模超材料弹性特性的分析结论，确定了五模超材料结构参数和圆柱体斗篷结构模型，并提出了隐身性能指标、分析了其隐身性能和探索了长方体、正方体两种非圆柱体斗篷结构。对比了两种加工工艺方式，选取了传统的3D打印技术作为加工方式。由于圆柱体斗篷具有更好的隐身性能，故对所设计的圆柱体斗篷进行了试件加工和制作。

目录

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 隐身斗篷发展

1.2.1 电磁隐身斗篷

1.2.2 声学隐身斗篷

1.2.3 热学隐身斗篷

1.2.4 力学隐身斗篷

1.3 五模超材料研究现状

1.4 论文研究来源和章节安排

第二章 隐身斗篷的理论基础

2.1 引言

2.2 材料的弹性特性

2.3 连续介质力学

2.4 坐标变换原理

2.5 核-壳模型等效变换理论

2.6 本章小结

第三章 五模超材料弹性特性的仿真分析

3.1 有限元模型

3.2 不同结构参数对五模超材料弹性模量的影响

3.2.1 小端直径d对弹性模量的影响

3.2.2 大端直径D对弹性模量的影响

3.2.3 圆台长度h对弹性模量的影响

3.2.4 晶胞长度a对弹性模量影响

3.3 基体材料属性对五模超材料弹性模量影响

3.3.1 泊松比对弹性模量影响

3.3.2 杨氏模量对弹性模量影响

3.4 不同截面形状对弹性模量的影响

3.4.1 不同截面形状下的等效剪切模量

3.4.2 不同截面形状下的等效体积模量

3.5 本章小结

第四章 斗篷的结构设计、性能分析和制造探索

4.1 结构参数设计

4.1.1空心圆柱体的结构尺寸与材料选择

4.1.2 遮盖层和中间层的结构尺寸确定

4.2 模型建立与隐身性能分析

4.2.1 斗篷模型建立

4.2.2 参照对象模型建立

4.2.3 隐身性能分析

4.3 非圆柱体斗篷

4.3.1 正方体斗篷

4.3.2 长方体斗篷

4.4 制造探索

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果