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《山东科技大学》 2010年
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复合材料薄壁梁的耦合静变形及其振动特性研究

赵章  
【摘要】:复合材料由于具有高比强度-高比模量、质量轻以及结构性能可设计的特点,已被广泛应用于航空航天和风力发电机的结构设计中。如现代直升机旋翼的桨叶和大型风力机叶片均采用封闭截面复合材料薄壁梁的结构形式。利用复合材料结构性能的可设计性,可以改善叶片的耦合静变形和动力学响应的性能。因此,研究复合材料薄壁梁的力学行为,对于合理地设计叶片结构,具有十分重要的现实意义。 首先,本文重点研究了复合材料薄壁梁的具有耦合静变形特征,基于变分渐进方法获得了梁横截面在轴向力和扭矩及弯矩和横截面平均位移与转角之间的关系方程,并对周向对称铺设与周向反对称铺设,两种特殊铺设情况下的弯曲-扭转耦合与拉伸-扭转耦合进行了详细的数值计算并揭示了单/双闭室箱型、圆形与椭圆型截面复合材料结构梁耦合拉伸-扭转-弯曲静变形随着纤维铺层角变化规律。 其次,在给出拉伸-扭转耦合、弯曲-扭转耦合薄壁悬臂梁固有振动频率的封闭形式解的基础上,通过数值计算得到单(双)闭室箱型、圆形和椭圆型截面复合材料薄壁梁的解耦、耦合振动的固有频率随铺层角的变化规律,并且对上述四种截面复合材料薄壁梁的固有频率特性,进行分析与比较。 采用假设振型法并根据Lagrange(拉格朗日)方程,建立了复合材料薄壁梁的受迫振动方程,对单、双闭室箱型复合材料薄壁悬臂梁的稳态受迫振动响应,进行数值积分,得到自由端的时间响应曲线。 最后,采用有限元商用软件ANSYS,对复合材料薄壁梁的静变形和固有频率进行了有限元分析。
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB33;TH113.1

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