内嵌伪弹性形状记忆合金纤维的复合材料静动态有限元分析

发布时间：2017-05-17 02:06

  本文关键词：内嵌伪弹性形状记忆合金纤维的复合材料静动态有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：风力机叶片在工作过程中会受到气动力、离心力的作用,引发剧烈振动,从而降低生产效率、缩短其使用寿命,甚至给生命财产带来巨大威胁。因此,风机叶片振动控制问题是风力机系统研究领域亟需解决的主要问题之一。而新型智能材料形状记忆合金(SMA)因其独特伪弹性、形状记忆效应及高阻尼特性等优良性能,在结构振动控制方面得到广泛应用和发展。为探讨SMA的伪弹性耗能特性用于风力机叶片振动被动控制的可行性,本文以内嵌伪弹性SMA纤维的复合材料为研究对象,首先建立含SMA纤维的杆的非线性静力分析模型,依据虚功原理建立杆的非线性平衡方程,使用MATLAB软件模拟SMA复合材料杆在静载荷作用下的伪弹性耗能能力,为后面分析SMA复合材料的动力特性研究奠定基础。其次,建立内嵌伪弹性SMA纤维的实心层合梁的理论模型,采用经典层合梁理论和有限元法相结合,在考虑SMA相变特性和材料非线性与层合梁相互耦合的基础上,按照虚功原理建立了SMA层合梁的运动方程,利用纽马克积分法和牛顿迭代法模拟了该层合梁的动态响应特性,研究了随梁振动过程中SMA的超弹性耗能能力,并讨论了SMA体积含量和安装位置对层合梁动态响应的影响。研究表明伪弹性SMA纤维对层合梁具有一定振动控制效果,并且在层合梁中SMA体积含量越高,振动控制效果越好,同时SMA纤维安装在梁上下两侧时,能够发挥最大作用。最后,进一步研究了内嵌SMA玻璃纤维增强复合材料空心层合梁的动力响应,分析了温度、结构阻尼以及玻璃纤维铺设方式对空心层合梁动态响应的影响。研究表明,伪弹性SMA纤维在较高温度下对结构振动被动控制效果较好,并且结构阻尼以及玻璃纤维铺设方式也会影响SMA纤维对结构振动的被动控制效果。
【关键词】：形状记忆合金 伪弹性 复合材料梁 有限元分析
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究的目的和意义8-9
• 1.2 有限单元法简介9-11
• 1.3 形状记忆合金概述11-13
• 1.3.1 形状记忆合金主要特性11-12
• 1.3.2 形状记忆合金用于结构振动控制的研究现状12-13
• 1.4 SMA复合材料及其应用综述13-15
• 1.5 本文主要研究内容15-16
• 2 形状记忆合金的特性及力学性能16-24
• 2.1 SMA的力学行为16-18
• 2.2 SMA的本构模型18-20
• 2.3 SMA伪弹性数值模拟20-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 内嵌伪弹性SMA纤维的复合材料的静态有限元分析24-37
• 3.1 复合材料层合结构力学24-27
• 3.2 内嵌伪弹性SMA纤维的复合材料梁弯曲时静力学分析27-34
• 3.2.1 梁小挠度弯曲变形理论分析27-31
• 3.2.2 梁弯曲静力学有限元程序验证31-32
• 3.2.3 梁弯曲时静态数值模拟32-34
• 3.3 内嵌伪弹性SMA纤维的复合材料杆拉伸时静力学分析34-36
• 3.3.1 杆拉伸静力学有限元程序验证34-35
• 3.3.2 杆拉伸时静态数值模拟35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 内嵌伪弹性SMA纤维的复合材料实心梁的动态有限元分析37-53
• 4.1 内嵌伪弹性SMA纤维复合材料实心梁的理论分析37-41
• 4.2 基于MATLAB程序的有限元算法验证41-45
• 4.3 内嵌SMA纤维的实心层合梁动态响应的数值模拟与分析45-49
• 4.3.1 SMA实心层合梁受简谐集中载荷作用45-47
• 4.3.2 SMA实心层合梁受简谐均布载荷作用47-49
• 4.4 内嵌SMA纤维的实心层合梁动态响应的进一步讨论49-52
• 4.4.1 SMA体积含量对实心层合梁动态响应的影响49-51
• 4.4.2 SMA纤维安装位置对实心层合梁动态响应的影响51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 内嵌伪弹性SMA纤维的复合材料空心梁的动态有限元分析53-63
• 5.1 内嵌伪弹性SMA纤维复合材料空心层合梁的理论模型53
• 5.2 空心层合梁有限元程序考核53-54
• 5.3 嵌有SMA纤维的空心层合梁的数值模拟与分析54-57
• 5.4 温度对嵌有SMA纤维的空心层合梁动态响应的影响57-59
• 5.5 结构阻尼对嵌有SMA纤维的空心层合梁动态响应的影响59-61
• 5.5.1 结构阻尼的选取59-60
• 5.5.2 MATLAB数值模拟60-61
• 5.6 玻璃纤维铺设方式对嵌有SMA纤维的空心层合梁动态响应的影响61-62
• 5.7 本章小结62-63
• 结论与展望63-66
• 结论63-64
• 本文创新之处64
• 展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士研究生学位期间发表的学术论文71-72

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