基于绝对节点坐标法的薄膜结构的力学特性分析

发布时间：2017-10-09 01:12

  本文关键词：基于绝对节点坐标法的薄膜结构的力学特性分析

  更多相关文章： 薄膜结构 绝对节点坐标 振动特性 静力学特性

【摘要】：随着航天事业的发展,各种航天探测任务对航天器的结构和机构提出了更高的要求,而薄膜结构因具有质量轻、可折叠展开、高收纳比等优点越来越多的被应用到航天器上,而薄膜结构具有大柔性、振动频率高、抗压和抗弯能力差等特性,需要对薄膜结构进行力学特性进行分析。另外,绝对节点坐标法不同于传统的有限元方法,该方法选取全局坐标系下的位置矢量及梯度作为节点坐标,对大位移、大转动和大变形问题具有较好的适用性,并且质量阵为常数阵,没有科氏力和离心力的影响。所以本文采用绝对节点坐标有限元分析方法对薄膜结构的力学特性进行分析。构建基于绝对节点坐标法的一维梁单元、二维梁单元、三维梁单元、三维薄板单元,并基于三维薄板单元给出质量阵、弹性力矩阵和刚度矩阵、广义力矩阵的推导,单元的组装和带有边界条件的动力学方程,并提出加快刚度矩阵计算的方法。基于绝对节点坐标法的三维薄板单元建立薄膜结构的分析单元,并根据Kirchhoff板理论推导出薄膜单元弹性力的表达式,构建薄膜结构的动力学方程。通过在薄膜上施加冲击作用的方式,研究薄膜结构的振动特性,分析面内预应力和结构参数(薄膜厚度、密度、弹性模量、泊松比)对薄膜振动特性的影响。建立基于绝对节点坐标法的薄膜单元的静力学方程,并采用牛顿迭代法对该方程进行求解。对薄膜结构进行静力学特性分析,给出薄膜在纯拉伸力下的变形与力的关系,以及薄膜在外力作用下的变形、应力分布和薄膜上各点的位置矢量梯度,分析预应力对薄膜变形、应力分布及位置矢量梯度的影响。
【关键词】：薄膜结构 绝对节点坐标 振动特性 静力学特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 课题研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-18
• 1.2.1 空间可展开薄膜结构发展及应用现状9-15
• 1.2.2 薄膜结构力学特性研究现状15-17
• 1.2.3 绝对节点坐标有限元发展概况17-18
• 1.3 本课题研究目标和研究内容18-20
• 第2章 绝对节点坐标法理论基础20-36
• 2.1 引言20
• 2.2 基于绝对节点坐标的主要单元20-26
• 2.2.1 一维梁单元20-21
• 2.2.2 二维梁单元21-22
• 2.2.3 三维梁单元22-24
• 2.2.4 三维薄板单元24-26
• 2.3 质量阵26-27
• 2.4 刚度矩阵27-31
• 2.5 广义力31-32
• 2.6 边界条件32-34
• 2.7 动力学方程34-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第3章 基于绝对节点坐标的薄膜结构动力学特性分析36-55
• 3.1 引言36
• 3.2 薄膜单元及动力学方程的构建36-40
• 3.2.1 基于绝对节点的薄膜单元36-37
• 3.2.2 弹性力矩阵及动力学方程37-40
• 3.3 薄膜结构动力学特性分析40-54
• 3.3.1 薄膜结构在冲击作用下的振动特性40-49
• 3.3.2 结构参数对薄膜结构振动特性的影响49-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第4章 基于绝对节点坐标的薄膜结构静力学特性分析55-70
• 4.1 引言55
• 4.2 静力学方程的构建及解算55-57
• 4.3 薄膜结构静力学特性分析57-69
• 4.4 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-77
• 读硕士学位期间发表的论文及其它成果77-79
• 致谢79

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本文编号：997313