热环境下层合板振动特性及优化分析

发布时间：2017-10-13 12:47

  本文关键词：热环境下层合板振动特性及优化分析

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【摘要】：随着广泛应用于航空航天、船舶、汽车等各个领域,复合材料层合板经常面临着各种严酷复杂的工作环境如高温、潮湿和噪声等。上述复杂环境对层合板结构的耐久性和完整性提出了严峻的挑战。热环境下的层合板结构振动特性是研究其动态响应分析和优化设计的基础,分析层合板热固有振动特性具有实际意义。为此,本文针对热环境下层合板热振动特性和温度变化时的结构优化展开了研究,主要内容包括:首先,分析了热环境下随着温度变化时层合板热振动固有频率和模态振型的规律。本文采用复合材料层合板一阶剪切变形理论,通过热应力有限元法得到了温度影响下的热振动方程。结果表明,本文所采用的方法可较准确的分析热环境下层合板振动问题。其次,研究了在温度影响下弹性模量和剪切模量以及热应力对层合板热振动特性的影响,计算了温度升高时层合板长宽比、跨厚比和铺层角度铺层顺序以及边界条件对热振动频率的影响。数值结果表明:温度升高会对层合板弹性模量和剪切模量产生影响,降低结构刚度矩阵,使得结构固有振动频率降低;弹性模量和剪切模量的变化不会改变结构的模态振型。热应力对结构固有频率的影响要大于弹性模量和剪切模量对结构固有频率的影响,热应力的不断增大将改变结构的模态振型;不同结构参数的层合板,一阶振动频率上升时的对应的临界温度值各不相同。长宽比越小,跨厚比越大,临界温度值越小;对称铺层层合板要比反对称铺层层合板的临界温度值越小,简支边界层合板要比固支边界层合板的临界温度值越小。最后,结合直接搜索模拟退火算法(简称DSA算法)针对层合板以一二阶频率带隙为目标函数、铺层角度和温度为双设计变量进行优化计算。数值结果表明:随着最优温度的升高,热环境下的层合板一二阶热振动频率带隙逐渐增大。固支边界一二阶热振动频率带隙要比简支边界的频率带隙大。层合板层数越少,长宽比越大,跨厚比越小,一二阶热振动频率带隙越大,预防共振效果越好。
【关键词】：复合材料 热振动 DSA算法 优化分析
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214.8
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 引言8
• 1.2 课题背景及研究的目的和意义8-11
• 1.3 国内外研究现状和发展11-14
• 1.3.1 热振动问题的研究现状11-12
• 1.3.2 层合板理论分析的现状12-13
• 1.3.3 优化设计方法研究现状13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 第2章 热环境中层合板固有振动理论分析15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 常温下层合板固有振动方程15-22
• 2.2.1 基于一阶剪切变形理论层合板的有限元列式15-22
• 2.3 热环境下层合板固有振动方程22-26
• 2.3.1 热应力有限元法22-25
• 2.3.2 层合板热振动方程25-26
• 2.4 准确性分析26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 热环境中层合板固有振动特性数值分析28-42
• 3.1 前言28
• 3.2 考虑温度情况下层合板结构固有频率分析28-33
• 3.2.1 弹性模量和剪切模量对层合板固有频率的影响28-30
• 3.2.2 热应力对层合板固有频率的影响30-32
• 3.2.3 热效应对层合板固有频率的影响32-33
• 3.3 考虑温度情况下层合板模态振型分析33-36
• 3.3.1 弹性模量和剪切模量对层合板模态振型的影响33-35
• 3.3.2 热应力对层合板模态振型的影响35-36
• 3.4 结构参数对层合板热振动的影响36-40
• 3.4.1 长宽比对层合板热振动频率的影响36-37
• 3.4.2 跨厚比对层合板热振动频率的影响37-38
• 3.4.3 边界条件对层合板热振动频率的影响38-39
• 3.4.4 铺层角度及顺序层合板热振动频率的影响39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 基于DSA算法的层合板热振动优化设计42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 DSA算法介绍42-46
• 4.3 层合板一二阶固有频带隙的优化46
• 4.4 数值模拟46-54
• 4.4.1 边界条件对热振动优化变量的影响46-49
• 4.4.2 层合板层数对热振动优化变量的影响49-50
• 4.4.3 长宽比对热振动优化变量的影响50-51
• 4.4.4 跨厚比对热振动优化变量的影响51-53
• 4.4.5 铺层类型对热振动优化变量的影响53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 结论与展望55-57
• 5.1 本文工作总结55
• 5.2 不足之处与进一步展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62

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7 卿尚波;晏麓晖;;纤维层合板抗弹性能数值模拟分析[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2009年

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本文编号：1024936