超弹性蒙皮拓扑构型研究

【摘要】智能变形飞行器可改变外部形态以调整其气动外形,从而实现在不同的飞行环境下根据飞行任务要求保持最优的飞行效率。通过变形技术,智能飞行器实现单一飞行器执行多任务、达到多目标运用,并节省燃油提高飞行半径,已经成为了下一代飞行器研究的热点方向。传统的刚性蒙皮无法实现在智能飞行器在改变外形的同时,做出相应的形变和调整,因而,新型的柔性蒙皮材料的开发势在必行。由于柔性蒙皮材料需实现柔性变形甚至大的超弹性变形,且柔性蒙皮技术集传感、控制、驱动、新材料、新技术等诸多难题为一体,目前仍无妥善解决方案。本课题采用蜂窝结构夹层材料为基础实现超弹性柔性蒙皮,通过对蜂窝夹层材料进行柔顺化设计和大变形设计,以研制出光滑柔顺变形大,承载能力强、轻质、安全可靠的新型蒙皮材料。而蜂窝夹层支撑面板,承担面外气动载荷,其变形能力、变形特点、和承载能力限制着超弹性柔性蒙皮的性能。在保证其承载能力和轻质的基础上,实现大的柔顺应变能力,并根据变形的需要布置不同变形力学特性的蜂窝夹层是超弹性柔性蒙皮研制的基础问题之一。课题组获得了国家自然科学基金项目“超弹性蒙皮结构的变形机制与优化设计研究(编号：51075380)”。本文旨在通过拓扑结构研究提高蜂窝夹层的变形柔度和应变能力,使其适应大变形的需要。对梁模型的基础的六边形蜂窝结构的变形力学特性进行了总结归纳,对其变形机制进行了探讨,研究了正负泊松比组合蜂窝夹层的变形特性；设计了蛇形环手风琴式蜂窝夹层,并对其变形特性进行了理论、实验和仿真分析；用有限元法对直板手风琴式蜂窝夹层的大变形特性、最大应变能力进行了分析,并对其进行了结构参数优化。一、对智能变形飞行器及其研制进行了详细介绍,并介绍了超弹性柔性蒙皮的研制的挑战和进展,并对蜂窝结构材料研制超弹性柔性蒙皮的作了分析介绍,阐述了课题的来源、研究意义以及研究难点和研究方法。二、在梁模型的基础上推导了六边形蜂窝夹层的等效弹性模量、泊松比、和最大应变量的理论表达公式,对参数变化对变形特性的影响作了定性研究和总结,并对其变形机制进行了探讨。设计了正负泊松比组合蜂窝夹层结构,实现六边形蜂窝夹层零泊松比变形特性和泊松比的分布式布局,分析了其受力变形特性,为蜂窝夹层拓扑结构对变形特的影响进行了初步的探讨。三、设计了一维大变形柔性蛇形环手风琴式蜂窝夹层,在梁模型的基础上,用能量法推导了蛇形环手风琴蜂窝芯的等效弹性模量理论公式和最大应变能力的理论公式；用65Mn加工的代表单元进行了实验,对该结构的变形特性进行了研究总结,实验结果表明可以看出该模型单元具有很强的变形能力和很好的变形柔度,能满足一维大变形柔性蒙皮变形特性的需求。四、用ANSYS有限元法软件对直板手风琴式蜂窝夹层的大变形特性进行了研究分析,通过其弹性模量随应变而变化,得出其变形的非线性源于几何形状的变化的结论；对其最大变形量进行了仿真模拟,并进行了拓扑结构优化,为蜂窝结构材料拓扑结构设计提供参考。
【作者】吴金玺；
【导师】李永新；
【作者基本信息】中国科学技术大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】智能变形飞行器；超弹性柔性蒙皮；蜂窝夹层；拓扑结构；

【参考文献】
[1]胥亮.基于C++和IDL的分子高光谱图像采集与数据预处理方法研究[D].华东师范大学,电路与系统,2013,硕士.
[2]吴婧黁.金坛市城乡一体化发展模式研究[D].南京农业大学,农村与区域发展,2011,硕士.
[3]徐振.面向问答社区的问题类型敏感的答案摘要算法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2014,硕士.
[4]修红英.中学英语合作学习探究[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[5]许婉如.论欧盟食品安全监管制度[D].安徽大学,法律,2014,硕士.
[6]任柏安.物候在民间美术中的表现[D].山东工艺美术学院,艺术学,2014,硕士.
[7]郑连伟,刘晓平,张庆灵.具有时变不确定性的线性时滞系统的鲁棒H_∞控制[J].自动化学报,2001,03:377-380.
[8]周文娟.团队建言的前因与结果：变革型领导和任务互依性的作用[D].苏州大学,应用心理学,2013,硕士.
[9]洪善泉.浅谈北欧松木家具的风格[J].家具.1994(03)
[10]刘菲.欠驱动多指灵巧手的优化设计研究[D].北方工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[11]卢广彦,杨善林,朱克毓.重大工程论证专家选择及其自适应遗传算法[J].控制与决策,2011,03:369-375.
[12]李丽杰.新生代农民工文化需求的现状及对策研究[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[13]夏鑫军.全数字B超诊断仪USB2.0通信接口模块的开发[D].浙江工业大学,2012.
[14]朱俭英.郴州湘南高新产业园卷烟精准营销策略研究[D].湖南大学,工商管理,2013,硕士.
[15]孙忠.芳香羧酸与过渡金属的自组装合成及性能研究[D].曲阜师范大学,无机化学,2013,硕士.
[16]龚小妹.汶川地震文学书写[D].安徽大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[17]记者夏子航.华丽家族玩转三大“高科技”[N].上海证券报,2015-05-06F06.
[18]李帅.几种新型碘酸盐非线性光学材料的水热制备，结构及性能研究[D].西北大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[19]陈袁媛.论法院调解制度[D].大连海事大学,法律,2012,硕士.
[20]李昌宾.Galectin-3、IL-17、FOXP3在结直肠癌中的表达模式及相关性研究[D].广州医科大学,外科学,2014,硕士.
[21]刘珈岐,宋月妍,巩姝含.基于P2P融资平台的煤炭物流金融融资模式创新研究[J].现代商业,2015,07:128-129.
[22]刘奇.教育惩罚在中学德育中的运用研究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[23]谭惠民.夹脊电针治疗神经根型颈椎病的临床研究[D].黑龙江中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2013,硕士.
[24]张乾.三种藏药提取物对口腔致龋菌作用的初步研究[D].兰州大学,口腔医学,2014,硕士.
[25]崔红亮.计及温度补偿的阻尼可调减振器特性研究[D].吉林大学,车辆工程,2014,硕士.
[26]朱萃.高中生课业负担过重问题研究[D].华中师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[27]赵雪梅.探索性物理实验教学对学生创造力的培养[D].西北师范大学,2004.
[28]刘军.苏联建筑由古典主义到现代主义的转变（1950年代—1970年代）[D].天津大学,建筑设计及其理论,2004,硕士.
[29]常亮.高速铁路轮轨滚动噪声及吸音板降噪技术研究[D].西南交通大学,车辆工程,2013,硕士.
[30]王凯.人脸识别在电子商务安全认证中的应用研究[D].中国矿业大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[31]郁昱.延安时期中国共产党干部信仰教育研究[D].长安大学,思想政治教育,2013,硕士.
[32]曹嘉一弘.四川盆地盆周山地地下河发育分布规律统计分析[D].成都理工大学,环境地质,2013,硕士.
[33]夏澍.安徽小麦栽培技术应用的实践分析（2005-2010）[D].安徽农业大学,作物生理生态,2011,硕士.
[34]姜玉珍,谢为伊,孟祥芝.汉语普通话儿童英语词汇阅读的影响因素[J].外语教学与研究,2015,03:405-416+481.
[35]李越.土壤团聚体稳定性的特殊离子效应初探[D].西南大学,环境工程,2014,硕士.
[36]周正华.PTFE基复合材料摩擦转移规律模拟研究[D].合肥工业大学,机械工程,2013,硕士.
[37]甘泓,王浩,罗尧增,肖玉泉,陈一鸣.水资源需求管理——水利现代化的重要内容[J].中国水利.2002(10)
[38]孙晓曦.论遗嘱自由及其必要限制[D].沈阳工业大学,民商法学,2012,硕士.
[39]洪宇.从概念隐喻角度看葛浩文英译《米》中隐喻的翻译[D].湖南师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[40]邹志荣.中小制造企业CRM应用现状及对策研究[D].电子科技大学,2004.
[41]丁杨.南京市现代城市广场植物景观调查研究[D].南京农业大学,城市规划与设计,2012,硕士.
[42]蒋丽娜.清代时期云南盐政变化与地方社会经济的关系[D].云南师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[43]武振斌.基于uC/OS-Ⅱ与LwIP的嵌入式网络操作系统的移植与实现[D].苏州大学,计算机应用技术（专业学位）,2014,硕士.
[44]柳爽.天津市财政转移支付的财力均等化效应分析[D].天津商业大学,产业经济学,2013,硕士.
[45]景国玺,张小良,王斌,许春光,王小慧,赵志强.某星形活塞发动机主连杆多轴疲劳强度分析[J].内燃机工程.
[46]龚长武.微网高渗透率下电动汽车入网技术的研究[D].浙江工业大学,2012.
[47]王冬梅.城市污水处理过程中消毒副产物HAAs及其前体物的研究[D].西安建筑科技大学,环境工程,2013,硕士.
[48]常云海.石油化工企业安全文化建设体系构建与应用研究[D].首都经济贸易大学,安全科学与工程,2014,硕士.
[49]万群.大鼠局灶性脑缺血再灌注早期DNA修复蛋白Ku70的表达及意义[D].第四军医大学,神经病学,2004,硕士.
[50]丁月华,文贵华,郭炜强.基于核向量空间模型的专利分类[J].华南理工大学学报(自然科学版),2005,08:58-61.