【摘要】：機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)薄壁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可變形功能的機(jī)構(gòu)-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在工程中有著重要的應(yīng)用,如應(yīng)用于可變形飛行器設(shè)計(jì),但對(duì)于這樣一類剛?cè)峄旌隙囿w系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模和求解仍然存在問(wèn)題。本文圍繞實(shí)現(xiàn)一類空間多剛體-大變形板殼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的求解,采用數(shù)值方法研究了三類問(wèn)題:(1)空間多剛體動(dòng)力學(xué)建模及求解;(2)大變形板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及求解;(3)多剛體-結(jié)構(gòu)混合系統(tǒng)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及求解。首先,提出了求解空間多剛體動(dòng)力學(xué)的物理正交投影違約校正方法的修正方案,避免了由于采用四元數(shù)描述空間姿態(tài)帶來(lái)的質(zhì)量矩陣奇異性問(wèn)題,并對(duì)具有奇異質(zhì)量矩陣的空間多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程解的存在性和唯一性進(jìn)行了證明。其二,發(fā)展了基于虛功率原理的幾何非線性實(shí)體退化殼單元格式,基于率形式推導(dǎo)的幾何非線性殼單元格式在殼變形假設(shè)下是精確的,能夠保證大載荷增量步下求解的收斂性,沒(méi)有自鎖問(wèn)題。其三,建立了廣義的復(fù)合隱式時(shí)間積分方法的精度分析方法,得到了位移、速度和加速度精度同時(shí)達(dá)到二階精度的條件,闡明了時(shí)間積分算法在不同頻率范圍的精度特征,表明了Bathe復(fù)合隱式時(shí)間積分方法是一種優(yōu)化的兩子步復(fù)合隱式時(shí)間積分方法,并發(fā)現(xiàn)了數(shù)值阻尼具有高頻衰減的現(xiàn)象。其四,建立了求解幾何非線性板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的復(fù)合隱式時(shí)間積分-實(shí)體退化殼單元算法,保持剛度矩陣的對(duì)稱性,具有結(jié)構(gòu)能量、(角)動(dòng)量守恒/衰減的性能,無(wú)條件穩(wěn)定。準(zhǔn)確地求解了板殼結(jié)構(gòu)大變形振動(dòng)、空間大范圍運(yùn)動(dòng)大變形問(wèn)題,并能實(shí)現(xiàn)大時(shí)間步長(zhǎng)的有效求解。最后,提出了求解一類多剛體-結(jié)構(gòu)(柔體)混合系統(tǒng)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)的顯式-隱式方法,有效地實(shí)現(xiàn)了單剛體-大變形板殼結(jié)構(gòu)、多剛體-大變形板殼結(jié)構(gòu)、含多個(gè)多剛體子系統(tǒng)-大變形板殼結(jié)構(gòu)(以及含大范圍空間運(yùn)動(dòng))等不同類型剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的求解。系統(tǒng)能量具有衰減特征,求解算法穩(wěn)定。本文提出的空間多剛體-大變形板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模和求解方法將為進(jìn)一步研究可變體機(jī)構(gòu)-結(jié)構(gòu)的可變形機(jī)理和可變形控制提供有效的數(shù)值方法和分析工具。
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圖片說(shuō)明：折疊機(jī)翼方案
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圖片說(shuō)明： 第 1 章 緒論2圖1.2 滑動(dòng)蒙皮方案[3, 7]圖1.3 伸縮變形與變掠角方案[8]臨近空間（距地面 20~100 公里）是高超聲速飛行器的典型飛行區(qū)域，飛行器能充分利用空氣動(dòng)力和高速飛行的離心力來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離飛行的目的，飛行速度將遍歷亞聲速、跨聲速、超聲速和高超聲速。如圖 1.4 所示為基于乘波構(gòu)形設(shè)計(jì)方法得到的高超聲速飛行器在不同馬赫數(shù)下優(yōu)化的乘波體外形[9]，可以看出，不同馬赫數(shù)下飛行器橫截面拓?fù)錁?gòu)形一致，而扁平程度則有明顯差別。若采用可變形設(shè)計(jì)思想，將可以明顯提高飛行器的適應(yīng)能力。基于此，國(guó)內(nèi)王小兵[10]提出了如圖 1.5 所示的機(jī)構(gòu)-結(jié)構(gòu)承載和功能一體化的可變體設(shè)計(jì)方案。其可變形原理為：將驅(qū)動(dòng)器作用力經(jīng)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作用在機(jī)身（或機(jī)翼）薄壁結(jié)構(gòu)上，，通過(guò)薄壁結(jié)構(gòu)的彎曲大變形得到最佳的氣動(dòng)外形。其中考慮到厚度空間遠(yuǎn)小于水平空間，將驅(qū)動(dòng)裝置水平放置
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O302;O342

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2513590