基于多面体胞元含液多孔结构多尺度有限元方法

发布时间：2022-03-03 21:56

　　可变形机翼可光滑而持续地改变机翼外形,如机翼后掠、改变翼展和弯度,对不断改变的飞行条件做出响应,从根本上改善飞机的巡航和冲刺能力,以及飞行机动能力。先进智能材料则是可变形机翼结构与功能设计的基础之一。基于高等植物运动原理的仿生智能材料是近来发展起来的一种新型的智能材料。这种材料具有较高的能量密度,在适应性、智能主动控制等方面具有传统材料不可比拟的优势,应用前景广阔。于此同时,该智能材料与结构包含大量的含液多孔等微结构特征,这种非均质特性,使得含液多孔材料力学行为的仿真及实验面临颇多挑战。首先,本文提出了针对含液多孔结构的三维扩展多尺度有限元方法,并用于解决该类型结构优化设计难题。该方法采用扩展多尺度有限元方法模拟了三维含液多孔结构的流固耦合力学行为。通过微尺度计算构造含液多孔胞元固液双相多尺度基函数,建立微尺度下单胞信息与宏观尺度下结构变形之间的联系。在此基础上,将三维结构拓扑优化算法与多尺度方法相结合,通过优化单胞位置分布提高了智能结构的整体力学性能,对基于液体压力驱动的含液多孔柔性机构优化设计问题进行了分析。本文将两尺度拓扑优化算法进一步扩展,通过优化含液多孔单胞的数量及其位置分布...

【文章来源】： 大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 多面体/多边形单元在多尺度计算方法的应用
        1.2.1 Voronoi单元有限元法
        1.2.2 代表体元法
        1.2.3 多边形扩展多尺度有限元方法
    1.3 本文主要研究内容
2 基于扩展多尺度有限元方法的三维含液闭合多孔结构的拓扑优化
    2.1 引言
    2.2 微尺度计算
    2.3 宏观尺度计算与降尺度计算
    2.4 三维含液闭合多孔结构的特殊处理
    2.5 基于扩展多尺度有限元方法的结构拓扑优化
        2.5.1 多尺度仿生柔性机构的设计
        2.5.2 含液多孔结构的轻量化设计方法
        2.5.3 灵敏度分析
        2.5.4 优化算法
    2.6 数值算例
        2.6.1 智能机翼结构的柔性机构设计
        2.6.2 3D智能机翼的轻量化设计
    2.7 本章小结
3 基于多面体胞元含液多孔结构多尺度有限元方法
    3.1 三维区域的基本公式
    3.2 多面体单元多尺度基函数的构造
    3.3 数值算例
        3.3.1 均质的悬臂梁结构
        3.3.2 含液闭合多孔悬臂梁结构
        3.3.3 不规则钢筋混凝土结构的吊装
        3.3.4 仿生智能机翼结构
    3.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Extended multiscale finite element method for mechanical analysis of heterogeneous materials [J]. Hong-Wu Zhang·Jing-Kai Wu·Jun L·Zhen-Dong Fu State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Department of Engineering Mechanics, Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, Dalian University of Technology,Dalian 116024,China.  Acta Mechanica Sinica. 2010(06)
[2]多边形有限单元形函数的比较研究 [J]. 王兆清,李淑萍.  应用力学学报. 2007(04)
[3]弹塑性复合材料多尺度计算的模型与算法研究 [J]. 张洪武,王鲲鹏.  复合材料学报. 2003(01)



本文编号：3547199