基于MFC的变扭转旋翼桨叶结构设计
发布时间：2021-03-24 21:03
采用压电材料对旋翼桨叶进行变扭转控制是直升机减振降噪和提升旋翼性能的有效主动控制方法之一,而宏纤维压电复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）是目前最理想的智能材料,因此,对基于MFC的变扭转旋翼桨叶结构进行研究具有重要意义和实用价值。（1）本文首先分析了MFC的工作原理,根据MFC的本构方程,从理论角度探讨了d33-MFC和d31-MFC两种类型的MFC作为驱动器的驱动机理,为选择具有更好扭转驱动性能的d33-MFC提供理论依据;通过具体算例验证了压电复合材料热弹比拟有限元法建模的有效性,并对粘贴有MFC的悬臂梁进行了分析,研究发现,驱动电压,压电纤维的方向角,d33-MFC材料在悬臂梁上的铺设位置和铺设面积以及悬臂梁材料等结构参数都会对悬臂梁的扭转角产生影响。（2）采用NACA0012翼型,初步设计一种基于MFC的变扭转旋翼桨叶结构,对设计的模型桨叶进行了动力学分析,作出模型桨叶共振图,证实了模型桨叶在工作转速下不会发生共振,并且研究了旋翼转速对桨叶扭转角的影响,随转速增大,扭转角变小,但幅值变化较小。最后为了验证本文设计的基于MFC的变扭转桨叶结构的可行性,...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文的主要研究工作
第二章 MFC特性及参数分析
2.1 引言
2.2 压电效应与压电方程
2.2.1 正压电效应和逆压电效应
2.2.2 压电方程
2.3 宏纤维压电复合材料（MFC）
2.3.1 宏纤维压电复合材料（MFC）工作原理
2.3.2 宏纤维压电复合材料（MFC）本构方程
2.3.3 宏纤维压电复合材料（MFC）类型
2.4 MFC驱动机理
2.4.1 d33-MFC的驱动机理
2.4.2 d31-MFC的驱动机理
2.5 本章小结
第三章 基于MFC的压电悬臂梁有限元分析
3.1 引言
3.2 压电悬臂梁结构的有限元建模
3.2.1 基于Reissner-Mindlin板理论的有限元模型
3.2.2 MFC材料的热弹比拟法建模
3.2.3 热弹性本构方程
3.2.4 算例1
3.3 扭转变形分析
3.3.1 扭转变形
3.3.2 扭转角的计算
3.4 结构参数对扭转角的影响
3.4.1 纤维方向角的影响
3.4.2 外加驱动电压的影响
3.4.3 d33-MFC在悬臂梁上铺设位置的影响
3.4.4 d33-MFC材料铺设面积的影响
3.4.5 MFC材料整体与分割后的扭转角变化
3.4.6 悬臂梁材料的影响
3.5 本章小结
第四章 变扭转桨叶结构的设计与分析
4.1 引言
4.2 桨叶各构件对扭转角的影响
4.3 桨叶动力学分析
4.3.1 桨叶模态分析
4.3.2 转速对扭转角的影响
4.4 变扭转桨叶实验设计
4.4.1 静态条件下悬臂梁/模型桨叶的变扭转实验
4.4.2 离心场中模型桨叶的变扭转实验
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 未来展望
参考文献
致谢
在学期间的科研成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用MFC压电作动器对复合材料悬臂板振动主动控制[J]. 李蒙,李凤明. 动力学与控制学报. 2017(04)
[2]压电纤维复合材料驱动的机翼动态形状控制[J]. 王晓明,周文雅,吴志刚. 航空学报. 2017(01)
[3]基于LaRC-MFC致动器的振动主动控制[J]. 盛贤君,王爱武,杨睿. 压电与声光. 2010(04)
[4]压电纤维复合材料桨叶的动力学建模[J]. 尹维龙,向锦武,冷劲松. 复合材料学报. 2009(06)
[5]粗纤维压电复合材料（MFC）对旋翼桨叶模型扭转控制的实验及数值研究[J]. 张红艳,白长青,沈亚鹏. 应用力学学报. 2009(03)
[6]主动扭转智能旋翼模型试验研究[J]. 周国庆,卢德军,杨卫东. 直升机技术. 2007(03)
[7]1-3型压电纤维主动叠层板扭转特性的研究[J]. 赵寿根,程伟,管德. 航空学报. 2006(04)
[8]压电结构的热弹性比拟建模方法[J]. 董兴建,孟光. 应用力学学报. 2005(03)
博士论文
[1]埋入压电材料的智能复合材料结构振动主动控制理论和实验研究[D]. 吴克恭.西北工业大学 2003
硕士论文
[1]加装格尼襟翼的旋翼结构设计[D]. 张英杰.南京航空航天大学 2018
[2]无铰旋翼模型结构优化设计及动力学分析[D]. 沈赛男.南京航空航天大学 2014
[3]刚性旋翼结构设计研究[D]. 郝启东.南京航空航天大学 2014
[4]基于压电智能复合材料的振动主动控制[D]. 高乐.哈尔滨工业大学 2012
[5]压电纤维复合材料在船舰基本结构振动主动控制上的应用[D]. 易果.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3098391
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文的主要研究工作
第二章 MFC特性及参数分析
2.1 引言
2.2 压电效应与压电方程
2.2.1 正压电效应和逆压电效应
2.2.2 压电方程
2.3 宏纤维压电复合材料（MFC）
2.3.1 宏纤维压电复合材料（MFC）工作原理
2.3.2 宏纤维压电复合材料（MFC）本构方程
2.3.3 宏纤维压电复合材料（MFC）类型
2.4 MFC驱动机理
2.4.1 d33-MFC的驱动机理
2.4.2 d31-MFC的驱动机理
2.5 本章小结
第三章 基于MFC的压电悬臂梁有限元分析
3.1 引言
3.2 压电悬臂梁结构的有限元建模
3.2.1 基于Reissner-Mindlin板理论的有限元模型
3.2.2 MFC材料的热弹比拟法建模
3.2.3 热弹性本构方程
3.2.4 算例1
3.3 扭转变形分析
3.3.1 扭转变形
3.3.2 扭转角的计算
3.4 结构参数对扭转角的影响
3.4.1 纤维方向角的影响
3.4.2 外加驱动电压的影响
3.4.3 d33-MFC在悬臂梁上铺设位置的影响
3.4.4 d33-MFC材料铺设面积的影响
3.4.5 MFC材料整体与分割后的扭转角变化
3.4.6 悬臂梁材料的影响
3.5 本章小结
第四章 变扭转桨叶结构的设计与分析
4.1 引言
4.2 桨叶各构件对扭转角的影响
4.3 桨叶动力学分析
4.3.1 桨叶模态分析
4.3.2 转速对扭转角的影响
4.4 变扭转桨叶实验设计
4.4.1 静态条件下悬臂梁/模型桨叶的变扭转实验
4.4.2 离心场中模型桨叶的变扭转实验
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 未来展望
参考文献
致谢
在学期间的科研成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用MFC压电作动器对复合材料悬臂板振动主动控制[J]. 李蒙,李凤明. 动力学与控制学报. 2017(04)
[2]压电纤维复合材料驱动的机翼动态形状控制[J]. 王晓明,周文雅,吴志刚. 航空学报. 2017(01)
[3]基于LaRC-MFC致动器的振动主动控制[J]. 盛贤君,王爱武,杨睿. 压电与声光. 2010(04)
[4]压电纤维复合材料桨叶的动力学建模[J]. 尹维龙,向锦武,冷劲松. 复合材料学报. 2009(06)
[5]粗纤维压电复合材料（MFC）对旋翼桨叶模型扭转控制的实验及数值研究[J]. 张红艳,白长青,沈亚鹏. 应用力学学报. 2009(03)
[6]主动扭转智能旋翼模型试验研究[J]. 周国庆,卢德军,杨卫东. 直升机技术. 2007(03)
[7]1-3型压电纤维主动叠层板扭转特性的研究[J]. 赵寿根,程伟,管德. 航空学报. 2006(04)
[8]压电结构的热弹性比拟建模方法[J]. 董兴建,孟光. 应用力学学报. 2005(03)
博士论文
[1]埋入压电材料的智能复合材料结构振动主动控制理论和实验研究[D]. 吴克恭.西北工业大学 2003
硕士论文
[1]加装格尼襟翼的旋翼结构设计[D]. 张英杰.南京航空航天大学 2018
[2]无铰旋翼模型结构优化设计及动力学分析[D]. 沈赛男.南京航空航天大学 2014
[3]刚性旋翼结构设计研究[D]. 郝启东.南京航空航天大学 2014
[4]基于压电智能复合材料的振动主动控制[D]. 高乐.哈尔滨工业大学 2012
[5]压电纤维复合材料在船舰基本结构振动主动控制上的应用[D]. 易果.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3098391
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3098391.html
