基于变截面层合板的多稳态结构的设计与制备

发布时间：2017-08-12 14:16

  本文关键词：基于变截面层合板的多稳态结构的设计与制备

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【摘要】：多稳态结构具有多个不同的稳态构型,在外加力或者弯矩的作用下能够从一种稳定的构型屈曲跳变到另一种稳定的构型。多稳态结构在跳变过程中刚度较小以支持大变形,而在稳态时具有较高的刚度足以抵抗外界荷载。轻质、大变形和高承载这些特点使得多稳态结构在可变形领域具有较好的应用前景。本文从结构变刚度设计的角度出发,采用变截面法设计层合板并基于预应力法搭建基于变截面层合板的多稳态结构,从结构的稳态构型,跳变临界载荷和驱动方式三个方面进行实验和分析。本文首先从分段铺层的角度出发设计层合板的铺层,并通过对变截面板施加面外位移约束,得到了具有三个稳态构型的多稳态结构。利用小型拉伸试验机测试了多稳态结构的跳变临界载荷,用有限元方法模拟了其在中心载荷作用下的跳变行为。基于实验观察以及有限元分析的结果,本文提出了四个假设,并依据这些假设构建了预报多稳态结构稳态构型和跳变临界载荷的理论模型,并与实验和有限元分析的结果进行了对比和分析。在多稳态结构力学性能分析的基础上,本文提出了两种驱动多稳态结构跳变的方案:磁场力驱动和推拉式电磁铁驱动,对驱动方案进行了验证,并提出了一种基于此类多稳态结构的流体控制器的应用设想。然后,本文通过改进铺层设计,得到了具有S型稳态构型的三稳态结构,该类多稳态结构的中间稳态类似于一个弹簧,稳态刚度具有较好的线性特征。通过有限元方法对该类多稳态结构进行了参数分析,考察了不同截面所占比例、铺层、单层材料属性以及流体压强对多稳态结构跳变临界载荷的影响;通过修正多稳态结构的截面弯曲刚度,构建了预报该类多稳态结构临界载荷的理论模型,并与有限元分析的结果进行了对比。最后,提出了采用可充气气囊驱动多稳态结构跳变的驱动方案,并从有限元分析和实验两个方面进行了方案验证。
【关键词】：变截面层合板 多稳态结构 稳态构型 跳变临界载荷 跳变驱动
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析9-17
• 1.2.1 国内外研究现状9-16
• 1.2.2 国内外文献综述的简析16-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 基于变截面层合板的多稳态结构的设计与力学性能测试18-33
• 2.1 多稳态结构的基本特征18-19
• 2.2 设计与制备变截面对称层合板19-20
• 2.3 位移约束装置的设计与制作20-22
• 2.4 基于变截面层合板的多稳态结构稳态构型测试22-25
• 2.5 基于变截面层合板的多稳态结构构型转变临界载荷测试25-27
• 2.6 基于变截面层合板的跳变驱动设计及其应用设想27-32
• 2.6.1 方案一：利用磁场力驱动27-30
• 2.6.2 方案二：利用长行程推拉式电磁铁驱动30-31
• 2.6.3 应用设想31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 基于变截面层合板的多稳态结构的有限元分析33-45
• 3.1 ABAQUS预报多稳态结构的稳态构型33-36
• 3.2 ABAQUS计算中心加载下多稳态结构构型转变的临界载荷36-44
• 3.2.1 位移载荷作用在中心节点上37-38
• 3.2.2 位移载荷作用在参考点上38-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 基于变截面层合板的多稳态结构的理论计算45-63
• 4.1 势能泛函的构建45-47
• 4.2 Z向中面位移函数的构建47-51
• 4.3 B5系列多稳态结构稳态构型的理论预报51-54
• 4.4 B5系列多稳态结构稳态构型转变临界载荷的理论预报54-59
• 4.5 基于等截面层板的多稳态结构的理论模型59-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第5章 具有S型稳态构型的多稳态结构的设计与分析63-82
• 5.1 引言63
• 5.2 变截面板的变截面设计与分析63-69
• 5.3 具有S型稳态构型的多稳态结构的参数分析69-76
• 5.3.1 不同截面所占比例变化带来的影响69-72
• 5.3.2 铺层变化带来的影响72-74
• 5.3.3 单层材料属性变化带来的影响74-75
• 5.3.4 外界压力作用带来的影响75-76
• 5.4 具有S型稳态构型的多稳态结构的理论计算76-79
• 5.5 具有S型稳态构型的多稳态结构的跳变驱动及其应用79-81
• 5.6 本章小结81-82
• 结论82-84
• 参考文献84-89
• 致谢89

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本文编号：662011