1-3型压电纤维主动薄壁梁扭转特性

从薄壁梁理论出发,在考虑扭转翘曲影响的情况下,推导了1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁的几何方程、本构方程和静力学控制方程。在此基础上,采用该理论分析了4类典型铺层方式的主动薄壁梁在控制电压作用下产生的主动力和变形模式。分析指出,采用适当的铺层方式,可以使得1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁具有主动扭转能力,特别是纯扭转能力。算例同时分析了主动薄壁梁主动扭转能力随压电纤维的体积比、铺层角、外界电场强度以及薄壁梁的长度等因素的变化规律。算例结果表明,本文分析方法具有较好的精度,1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁具有良好的主动扭转特性,这将大大扩大主动结构的自由度控制范围,特别是扭转自由度的控制范围。     

考虑非线性扭转影响的薄壁梁翘曲特性分析

 考虑翘曲和大扭角变形的影响,研究薄壁梁结构轴向与扭转非线性耦合弹性变形问题。忽略高阶非线性的影响,结合升阶谱有限元方法,形成对称的非线性几何矩阵,从而建立一个稳定的非线性方程数值解模型。针对矩形截面薄壁梁结构,通过与线性结果对比,分析非线性对截面翘曲正应力、自由端转角的影响。     

含胶层复合材料梁构件性能分析

复合材料剪切模量通常比弹性模量低1个数量级,这就导致复合材料梁结构剪切效应比普通梁结构显著得多,尤其是梁截面高度较大的情况。作为夹胶玻璃等结构的复合材料支撑框架,复合材料方管梁翼缘通常存在较弱的胶层,此时复合材料梁横截面包含不同剪切模量的材料层,这就导致梁横截面在剪切作用下发生复杂的翘曲。剪切翘曲效应对梁结构的性能有着极大的影响,本文在分段线性位移场假设基础上,推导了对称面内变形的方管梁结构静力以及自振周期计算模型,并同经典梁理论计算结果进行对比,分析了梁几何参数、胶层力学参数等因素对两个模型计算误差的影响。计算结果表明,当胶层较弱时,弱层带来的层间剪切效应对梁的性能有着决定性的影响,此时经典梁理论不再适用。     

复合材料闭剖面加筋薄壁梁刚度系数计算分析

复合材料的可设计性为通过弹性剪裁来获得想要的变形模式带来了优势,其结构的耦合特性如拉扭耦合和弯扭耦合可以利用复合材料的各向异性来实现。以薄壁壳结构力学理论为基础,采用多种理论方法研究分析正交各向异性壳体本构关系,给出适合复合材料层压板矩形闭剖面薄壁梁截面的刚度系数解析表达;采用逐阶近似方法,完整设计复杂闭剖面的刚度系数数值算法;针对两种典型的复合材料铺层的矩形闭剖面梁截面布局构型,进行刚度特性的计算分析与讨论,获得铺层角度对复合材料薄壁梁弯曲、扭转及弯扭耦合刚度特性的定量结果。对分析设计闭剖面薄壁结构刚度条件具有应用价值。     

自适应复合材料薄壁梁形状控制

针对翼面和桨叶等升力面结构,以单闭室薄壁梁为典型结构模型,讨论自适应复合材料薄壁梁的弯曲和扭转,探讨控制结构形状的途径     

复合结构梁断面的扭转中心

一、引言 精确地计算梁断面的弯心和扭心位置是研究梁或叶片结构的弹性静、动力学的基础。一些特殊断面,如开口或闭口薄壁断面的弯心和扭心,已有许多研究。相反,复合结构梁或复合材料梁断面的研究还相当少。Muskhelishvili把圣文南扭转理论推广到非均匀介质梁,并求得了几种简单形状断面梁的扭转函数。近年来相继发表了一些用差分法和有限元法求解扭转函数和扭转刚度的文章。     

考虑剪切和翘曲影响的直升机旋翼气弹稳定性分析

在中等变形梁理论的基础上,对桨叶变形体进行有限变形分析,推导出同时考虑剪切和翘曲影响的小应变、中等变形梁应变-位移关系,并构造出一个全新的21自由度梁单元,应用Hamilton原理导出桨叶运动的有限元方程。在此基础上,研究了剪切和翘曲等非经典因素对无铰旋翼桨叶的动特性和悬停时气弹稳定性的影响。数值结果表明:剪切和翘曲对旋转桨叶的固有频率,尤其是高阶频率,有一定的影响,特别是随着转速的提高这种影响会变大;同时对悬停时桨叶的气弹稳定性有相当程度的影响,尤其是在高桨距角下这种影响是不能忽略的。     

弹性耦合对复合材料旋翼前飞气弹响应及载荷的影响

 给出一套计算复合材料旋翼前飞气弹响应和桨榖载荷的方法,所用结构模型考虑横向剪切变形、剖面面外翘曲变形和复合材料弹性耦合的影响。气动模型采用准定常升力线理论和Drees线性入流模型,翼型升力、阻力系数来自风洞试验。构造出21自由度梁单元,应用Hamilton 原理推导出桨叶运动的有限元方程。在此基础上,研究弯曲-扭转和拉伸-扭转耦合对复合材料旋翼前飞气弹响应和桨榖振动载荷的影响。结果表明：弹性耦合对扭转方向的影响很大,对挥舞和摆振两个方向的影响很小;各种弹性耦合对桨榖振动载荷有着不同程度的影响,负的摆振弯曲 扭转耦合和正的拉伸 扭转耦合使桨榖垂直方向的振动载荷降低5%左右。     

集中力作用下深梁四点弯曲应力计算方法

深梁受力机理及影响因素之多决定了深梁计算的复杂性。由于存在纵向纤维挤压和截面的翘曲，深梁不能简单的应用材料力学细长梁纯弯曲应力的计算公式。虽然，深梁计算理论中已有了各种各样的方法，包括级数解法及差分法、有限元法，但应用上，这些理论过于复杂，本文从弹性力学半平面体受集中载荷作用的计算理论出发，推倒出一种简单且易于实现的四点弯曲深梁计算公式，可为工程设计人员在设计深梁时借鉴。     

基于剖面翘曲修正理论的复合材料叠层梁动态特性分析

 利用复合材料叠层结构剖面翘曲修正理论和瑞利原理，导出了叠层梁的固有振动方程，然后利用升阶谱有限元法作数值计算，给出了叠层梁的动态特性及相应的动应力分布。与一阶剪切理论相比，指出一阶剪切理论在高频计算时有较大的误差     

交互式棱柱网格生成中翘曲现象形成机制及消除算法

在基于径向基函数插值的交互式棱柱网格生成中,当物面网格单元空间法矢变化范围较大或变化剧烈时,棱柱网格生成会发生翘曲问题,降低棱柱网格质量。针对该问题,首先采用DLR-F6机翼外形算例对翘曲现象进行了介绍和初步分析,并结合平板外形棱柱网格生成,通过不同波长推进位移扰动模拟法矢变化对推进位移的影响,研究棱柱网格翘曲现象的形成机制。不同位移扰动下平板棱柱网格生成结果证实边界棱线网格点推进位移不光滑会通过空间插值放大,引起棱柱网格发生翘曲,且网格翘曲的表现形式与推进位移的分布有关。从而间接表明棱柱网格生成中翘曲现象是由法矢变化带来推进位移分布不光滑引起的。然后从翘曲现象的形成机制出发,基于拉普拉斯方法发展了推进位移光顺技术,并通过DLR-F6机翼算例进行了验证。测试结果表明,光顺技术能够完全消除棱柱网格的翘曲,获得光顺的高质量棱柱网格。最后通过DLR-F6翼身组合体外形棱柱网格生成,展示了添加光顺技术的棱柱网格生成算法的应用潜力。     

复合材料叠层结构边缘应力分析的翘曲修正模型

研究复合材料叠层结构在单轴拉伸状态下的边缘应力问题。在厚度方向 ,利用翘曲修正理论 ,推导出了叠层板三个方向的位移分布规律 ;在宽度方向 ,采用升阶谱位移模式 ;应用虚功原理 ,给出了叠层板边缘应力分析的特殊有限元模型。通过典型例题的计算表明 :边缘应力计算结果与精确弹性解符合很好 ,还进行了收敛性的研究。本文方法的自由度度少 ,方法简单 ,优于差分法、常规有限元法 ,适用于解决边缘效应问题     

温度翘曲应力对机场刚性道面寿命的影响

分析了目前中国民航机场刚性道面的设计过程,指出在设计过程中忽视温度应力的影响不合理。参照公路水泥混凝土路面温度应力计算方法并根据Miner定律研究了温度翘曲疲劳损耗对于机场刚性道面影响规律,即温度翘曲疲劳损耗随板厚、地基反应模量的增大而增大,随着混凝土设计强度的增加而降低。然后提出采用设计寿命的影响因子nt/Nt评价温度翘曲疲劳损耗对于机场刚性道面设计寿命影响的方法并提供了相应的机场刚性道面板厚度设计流程图。最后提供了一个考虑温度翘曲应力的刚性道面设计实例,为工程应用提供参考。     

复合材料叠层结构剖面翘曲修正理论

 首先假设复合材料叠层结构的面内位移沿厚度方向为直线分布,然后根据剪切变形进行连续修正,获得逐步升高的各阶翘曲位移分布函数。文中以叠层梁为例,应用最小势能原理导出其静力方程和力的边界条件。在长度方向则采用升阶谱位移函数,进行了数值计算。所得叠层梁的位移和应力分布的数值结果与精确解相比,表明本文方法有很好的收敛性。     

考虑多点保形的结构拓扑优化设计方法

为了抑制飞行器结构局部区域内多个控制点的翘曲变形,提出考虑结构保形的拓扑优化设计新方法。基于由局部区域内保形控制点生成的人工附加弱单元(AWE),定义AWE的变形能约束函数,从而引入了对结构局部区域的多点保形约束,定量衡量并抑制了该区域内结构的弹性翘曲变形程度。进一步讨论并分析了保形约束与整体刚度之间的消长关系以及优化过程中可能存在的传力路径畸变现象。拓扑优化数值算例的设计结果对比表明,保形拓扑优化方法相比现有拓扑优化方法,能够有效抑制多点间的相对位移和翘曲变形,实现保形设计效果。     

船尾形状对旋成体马格努斯效应的影响

尖头旋成体和船尾形状是子弹、炮弹及火箭弹等抛射体上常用的布局形式。研究表明船尾布局具有减小底部阻力、增大射程的作用,但此时旋成体的马格努斯效应增大,对运动稳定性产生不利影响。为了解释这种流动现象,对三维旋转弹流场进行了数值模拟,对从亚声速到超声速下的旋成体马格努斯力和力矩进行了分析,重点对标准形状和船尾形状两种底部进行了比较。结果表明,相对于标准形状,在所有来流下船尾形状都起到了增大马格努斯效应的作用,并且马格努斯力和力矩与船尾角成正比。为了揭示其流动机理,选择代表性计算状态对两种布局马格努斯力矩系数分布、边界层厚度分布和边界层位移厚度分布进行了对比分析,结果表明,在亚跨声速下船尾马格努斯效应由绕拐角的加速流动引起,使当地压力系数幅值增大;在超声速下船尾马格努斯效应由船尾段的气流膨胀引起,使旋成体左右两侧的边界层位移厚度畸变增大。上述两种效应都使马格努斯力矩增加,对于亚声速流动来说,该效应发生在柱段与船尾段连接位置;对于超声速流动来说,该效应发生在连接点以后的船尾段上。当来流速度在声速点附近时,上述两种效应都可能发挥作用,使船尾形状的旋成体马格努斯效应大幅增加。