超彈性蒙皮拓?fù)錁?gòu)型研究.pdf

1、智能變形飛行器可改變外部形態(tài)以調(diào)整其氣動(dòng)外形，從而實(shí)現(xiàn)在不同的飛行環(huán)境下根據(jù)飛行任務(wù)要求保持最優(yōu)的飛行效率。通過(guò)變形技術(shù)，智能飛行器實(shí)現(xiàn)單一飛行器執(zhí)行多任務(wù)、達(dá)到多目標(biāo)運(yùn)用，并節(jié)省燃油提高飛行半徑，已經(jīng)成為了下一代飛行器研究的熱點(diǎn)方向。傳統(tǒng)的剛性蒙皮無(wú)法實(shí)現(xiàn)在智能飛行器在改變外形的同時(shí)，做出相應(yīng)的形變和調(diào)整，因而，新型的柔性蒙皮材料的開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行。由于柔性蒙皮材料需實(shí)現(xiàn)柔性變形甚至大的超彈性變形，且柔性蒙皮技術(shù)集傳感、控制、驅(qū)動(dòng)、新材料

2、、新技術(shù)等諸多難題為一體，目前仍無(wú)妥善解決方案。本課題采用蜂窩結(jié)構(gòu)夾層材料為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)超彈性柔性蒙皮，通過(guò)對(duì)蜂窩夾層材料進(jìn)行柔順化設(shè)計(jì)和大變形設(shè)計(jì)，以研制出光滑柔順變形大，承載能力強(qiáng)、輕質(zhì)、安全可靠的新型蒙皮材料。而蜂窩夾層支撐面板，承擔(dān)面外氣動(dòng)載荷，其變形能力、變形特點(diǎn)、和承載能力限制著超彈性柔性蒙皮的性能。在保證其承載能力和輕質(zhì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)大的柔順應(yīng)變能力，并根據(jù)變形的需要布置不同變形力學(xué)特性的蜂窩夾層是超彈性柔性蒙皮研制的基礎(chǔ)問(wèn)題

3、之一。
　　課題組獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“超彈性蒙皮結(jié)構(gòu)的變形機(jī)制與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究（編號(hào):51075380）”。本文旨在通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究提高蜂窩夾層的變形柔度和應(yīng)變能力，使其適應(yīng)大變形的需要。對(duì)梁模型的基礎(chǔ)的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)的變形力學(xué)特性進(jìn)行了總結(jié)歸納，對(duì)其變形機(jī)制進(jìn)行了探討，研究了正負(fù)泊松比組合蜂窩夾層的變形特性;設(shè)計(jì)了蛇形環(huán)手風(fēng)琴式蜂窩夾層，并對(duì)其變形特性進(jìn)行了理論、實(shí)驗(yàn)和仿真分析;用有限元法對(duì)直板手風(fēng)琴式蜂窩夾層的大變形特性

4、、最大應(yīng)變能力進(jìn)行了分析，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
　　一、對(duì)智能變形飛行器及其研制進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并介紹了超彈性柔性蒙皮的研制的挑戰(zhàn)和進(jìn)展，并對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)材料研制超彈性柔性蒙皮的作了分析介紹，闡述了課題的來(lái)源、研究意義以及研究難點(diǎn)和研究方法。
　　二、在梁模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了六邊形蜂窩夾層的等效彈性模量、泊松比、和最大應(yīng)變量的理論表達(dá)公式，對(duì)參數(shù)變化對(duì)變形特性的影響作了定性研究和總結(jié)，并對(duì)其變形機(jī)制進(jìn)行了探討。設(shè)計(jì)了正負(fù)泊松

5、比組合蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)六邊形蜂窩夾層零泊松比變形特性和泊松比的分布式布局，分析了其受力變形特性，為蜂窩夾層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)變形特的影響進(jìn)行了初步的探討。
　　三、設(shè)計(jì)了一維大變形柔性蛇形環(huán)手風(fēng)琴式蜂窩夾層，在梁模型的基礎(chǔ)上，用能量法推導(dǎo)了蛇形環(huán)手風(fēng)琴蜂窩芯的等效彈性模量理論公式和最大應(yīng)變能力的理論公式;用65Mn加工的代表單元進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，對(duì)該結(jié)構(gòu)的變形特性進(jìn)行了研究總結(jié)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可以看出該模型單元具有很強(qiáng)的變形能力和很好的變形柔度