層合薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)的非線性振動(dòng)特性研究.pdf

1、博士學(xué)位論文層合薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)的非線性振動(dòng)特性研究NonlinearVibrationCharacteristjcsofLaminatedThinwalledCylindricalShell學(xué)11204009大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要圓柱殼構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有良好的承載能力，特別是由復(fù)合材料制成的層合圓柱殼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、燃?xì)廨啓C(jī)盤鼓組合式轉(zhuǎn)

2、軸、飛機(jī)機(jī)體等使用了大量的圓柱殼結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)件。圓柱殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性影響著航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、飛機(jī)的工作性能，要求不發(fā)生超過極少可能概率的危險(xiǎn)性影響，且必須達(dá)到并保持特別高的結(jié)構(gòu)完整性。但目前對(duì)復(fù)雜邊界條件下殼體動(dòng)力學(xué)特性還有許多科學(xué)問題亟待解決，特別是復(fù)合材料與粘彈性阻尼層合結(jié)構(gòu)振動(dòng)形式與響應(yīng)特性復(fù)雜，導(dǎo)致對(duì)于復(fù)合材料層合殼體動(dòng)力學(xué)行為認(rèn)識(shí)不足，嚴(yán)重制約了工程技術(shù)人員對(duì)復(fù)合材料殼體構(gòu)件設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與可靠性。因此，深入開展復(fù)雜邊界

3、條件下殼體構(gòu)件的動(dòng)力學(xué)特性與響應(yīng)特性研究，并針對(duì)具體的振動(dòng)故障采用合理的粘彈性阻尼層合結(jié)構(gòu)以抑制殼體構(gòu)件的振動(dòng)、減少振動(dòng)疲勞損傷、提高構(gòu)件使用壽命是目前所面臨的緊迫挑戰(zhàn)。本文在國(guó)家自然基金項(xiàng)目的支持下，通過解析建模、實(shí)驗(yàn)研究與有限元仿真等手段相結(jié)合，深入系統(tǒng)研究了層合圓柱殼的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性、行波特性及其非線性沖擊載荷作用下的響應(yīng)特征研究。取得的主要成果有：基于Donnel殼體理論和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)均勻化理論，針對(duì)以機(jī)匣與轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件為代表的復(fù)合材

4、料層合圓柱殼動(dòng)力學(xué)分析需求，提出以人工彈簧模擬邊界載荷，并采用Schmidt變換構(gòu)建的正交特征多項(xiàng)式函數(shù)族作振型函數(shù)，創(chuàng)新性地提出了彈性支撐邊界下復(fù)合材料層合圓柱殼力學(xué)模型，完善了復(fù)合材料層合圓柱殼分析方法。研究結(jié)果表明，本文提出的方法具有很好的精度和收斂性，既能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)邊界條件如簡(jiǎn)支、固支、自由、剪切邊界殼體動(dòng)力學(xué)特性分析，又可以通過調(diào)節(jié)邊界彈簧剛度模擬任意支撐邊界?；诖朔椒ㄏ到y(tǒng)研究了在連續(xù)變化的邊界支撐剛度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度、偏軸剛度以

5、及圓柱殼結(jié)構(gòu)參數(shù)等共同作用下復(fù)合材料圓柱殼動(dòng)特性變化規(guī)律。針對(duì)粘彈性阻尼層合薄壁圓柱殼動(dòng)力學(xué)分析的需求，在明確了粘彈性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的阻尼特性、本構(gòu)方程及計(jì)算力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過引入約束層、粘彈性阻尼層與基層的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，縮減了方程變量數(shù)目，提出了彈性支撐邊界粘彈性阻尼層合薄壁圓柱殼動(dòng)力學(xué)建模方法。采用模態(tài)實(shí)驗(yàn)、ANSYS有限元仿真的結(jié)果驗(yàn)證本文方法的收斂性與準(zhǔn)確性。重點(diǎn)研究了不同邊界條件與環(huán)向波數(shù)，特別是彈性支撐邊界連續(xù)變化對(duì)層合粘