功能梯度圆锥曲板的非线性动力学研究

发布时间：2017-06-02 01:16

  本文关键词：功能梯度圆锥曲板的非线性动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：功能梯度材料(FGM),相较于传统复合材料是一种新型材料,可以根据实际工程需要改变材料组分在厚度方向的分布形式。通常是由高韧性、耐腐蚀的金属材料和可承受高温的陶瓷材料组成,这种组成使其既有陶瓷的耐热性又有金属的机械强度。由于功能梯度材料的诸多优良物理特性和力学性能,因此广泛应用于两侧温度差异比较大的高温环境。在航空航天领域中,圆锥曲板结构会出现大振幅的非线性振动,这种振动会导致结构损坏甚至灾难性的事故。因此,对功能梯度材料圆锥曲板的动力学研究具有重要的工程意义和理论价值。本文考虑热环境的作用,运用一阶剪切变形理论和von-Karman型应变位移关系,通过Hamilton原理推导出功能梯度圆锥曲板的非线性动力学偏微分方程,并利用Galerkin法将偏微分运动控制方程离散成常微分动力学系统。针对FGM圆锥曲板我们主要研究其非线性动力学行为,具体工作体现在以下4方面。(1)对含初始缺陷FGM圆锥曲板的非线性动力学行为进行了分析,圆锥曲板受到横向激励与面内激励的共同作用。运用Galerkin法进行离散得到系统的常微分运动方程,利用数值分析法对比了不同缺陷参数下系统的非线性振动响应。(2)对不含初始缺陷FGM圆锥曲板的非线性动力学行为进行了分析,圆锥曲板受到横向激励与面内激励的共同作用。并对比了陶瓷体积分数指数、温度和厚径比对系统非线性振动响应的影响。(3)运用多尺度方法获得不含初始缺陷功能梯度圆锥曲板1:2内共振情况下的平均方程。在此基础上研究了面内激励和阻尼对系统幅频特性的影响以及面内载荷作用下的振幅跳跃现象,并用Runge-Kutta法进行数值模拟。(4)考虑气动力和气动热的影响,基于Galerkin离散得到带有常数项的六自由度不含初始缺陷功能梯度圆锥曲板颤振方程,通过牛顿迭代法和延续算法计算出系统的稳态解并求其特征值,在此基础上得到颤振点。利用Runge-Kutta法,对系统的气-热-弹颤振特性进行了分析。
【关键词】：功能梯度材料 圆锥曲板 初始缺陷 1:2内共振 颤振
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 功能梯度板壳结构的动力学研究现状11-14
• 1.2.1 功能梯度圆锥曲板的动力学研究现状11
• 1.2.2 其他功能梯度板壳结构的动力学研究现状11-14
• 1.3 带初始几何缺陷板壳结构的动力学研究现状14-15
• 1.4 板壳结构颤振分析研究现状15-17
• 1.5 课题来源及主要研究内容17-19
• 第2章 FGM圆锥曲板的动力学建模19-28
• 2.1 FGM圆锥曲板模型19-20
• 2.2 位移场和本构方程20-22
• 2.3 运动方程22-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 含初始缺陷FGM圆锥曲板的非线性动力学分析28-40
• 3.1 Galerkin离散成常微分动力学方程28-29
• 3.2 含初始缺陷FGM圆锥曲板的数值研究29-39
• 3.2.1 缺陷模式对圆锥曲板振动响应的影响29-33
• 3.2.2 缺陷半波数对圆锥曲板振动响应的影响33-36
• 3.2.3 缺陷振幅对圆锥曲板振动响应的影响36-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 不含初始缺陷FGM圆锥曲板的非线性动力学分析40-52
• 4.1 Galerkin离散成常微分动力学方程40-41
• 4.2 不含初始缺陷FGM圆锥曲板的数值研究41-51
• 4.2.1FGM圆锥曲板的线性自由振动41-42
• 4.2.2FGM圆锥曲板的非线性自由振动42-43
• 4.2.3FGM圆锥曲板的非线性强迫振动43-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 不含初始缺陷FGM圆锥曲板的 1:2 内共振分析52-61
• 5.1 摄动分析52-55
• 5.2 稳定性分析55-56
• 5.3 幅-频响应特性分析56-57
• 5.4 力-幅响应特性分析57-58
• 5.5 不含初始缺陷FGM圆锥曲板响应的数值分析58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第6章 不含初始缺陷FGM圆锥曲板颤振分析61-72
• 6.1 Galerkin离散成常微分动力学方程61-62
• 6.2 颤振特性的分析方法62-63
• 6.3 不含初始缺陷FGM圆锥曲板颤振特性的分析63-71
• 6.3.1 不同体积分数指数下圆锥曲板的颤振63-68
• 6.3.2 不同长厚比下圆锥曲板的颤振68-71
• 6.4 本章小结71-72
• 第7章 总结与展望72-74
• 7.1 总结72-73
• 7.2 创新点73
• 7.3 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 个人简历及在学期间发表的学术论文79
• 个人简历79
• 在学期间发表的学术论文79

【参考文献】

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1 刘亚泽;郝育新;;有初始缺陷的FGM圆柱壳的非线性动力学分析[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2014年06期

2 Changcheng Du;Yinghui Li;;NONLINEAR INTERNAL RESONANCE OF FUNCTIONALLY GRADED CYLINDRICAL SHELLS USING THE HAMILTONIAN DYNAMICS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2014年06期

3 杜长城;李映辉;;功能梯度简支矩形板的非线性动力响应[J];固体力学学报;2013年04期

4 马涛;赵忠民;刘良祥;高超;黄雪刚;;功能梯度材料的研究进展及应用前景[J];化工科技;2012年01期

5 李凤明;陈照波;崔玉波;;采用压电材料提高超声速飞行器壁板结构的颤振特性[J];固体力学学报;2011年S1期

6 苑凯华;邱志平;;高超声速气流中复合材料壁板热颤振分析[J];南京航空航天大学学报;2010年03期

7 叶献辉;杨翊仁;;三维壁板热颤振分析[J];振动与冲击;2008年06期

8 黄怀纬;韩强;;侧压下含缺陷功能梯度材料圆柱壳的屈曲[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年06期

9 李进;田兴华;;功能梯度材料的研究现状及应用[J];宁夏工程技术;2007年01期

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本文编号：413921