具有形状记忆合金（SMA）纤维驱动的复合材料箱型薄壁梁的非线性变形

发布时间：2020-05-31 05:57

【摘要】：风能作为一种清洁可再生能源,受到人们的广泛关注。风力发电技术较为成熟、可规模化开发,具有广阔的商业化发展前景。风力机的结构特性、动力学特性和稳定性等问题是风力机设计研究的关键。 本文将风力机叶片简化为细长薄壁梁,首先研究了具有几何非线性的复合材料箱型薄壁梁的静变形特征,并以此为基础,将形状记忆合金(SMA)纤维埋入薄壁梁,进一步研究在温度的激励下SMA纤维对于薄壁梁变形特性的影响规律。 对于薄壁梁静变形,首先基于变分渐进法(VAM)并结合层合复合材料宏观力学理论,导出薄壁梁二维任意截面刚度矩阵。然后给出薄壁梁的几何非线性方程具体形式,由虚功原理得出含有非线性分量的广义截面内力,并通过积分得出薄壁梁非线性平衡方程。最后采用Galerkin法对方程做近似处理,利用增量Newton-Raphson法对方程组迭代求解。针对两种典型截面薄壁梁进行数值分析,研究具有几何非线性的薄壁梁的静变形随载荷、铺层角等变化的规律,分析了非线性项对于变形的影响效果。 对于具有SMA纤维主动驱动的薄壁梁,则由Tanaka的SMA应力应变关系和Lin-Rogers的线性化的相变动力学方程,导出在温度激励下SMA纤维诱发的轴力、弯矩和扭矩表达式,并将其作用到薄壁梁广义截面内力的线性分量上,得出相应的平衡方程。通过横向载荷作用下的具有SMA纤维的两种典型截面薄壁梁的数值计算,揭示了激励温度、SMA纤维含量、铺层角等参数对于薄壁梁非线性变形的影响。
【图文】：

x一y坐标中计算材料的刚度，需要知道单层材料在偏轴方向上的弹性系数与主方向的弹性系数之间的关系。在弹性力学中，用0表示从x轴转向1轴的角度，逆时针取为正，如图2.1，任意坐标x一y与坐标1一2(即主方向)的关系如下145]:」一)·…乌」一。…之…」LZ二」LZ:、，」 (2.4)八几月「氏」__.「CTI」__l_「)J、}一‘}J，{一‘g}匕几、」L不!2」L(口>()盆...刁一1‘、、，，

本文编号：2689407