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蜂窝夹芯减振板结构参数优化设计

作　者: 金志强
导　师: 李永强
学　校: 东北大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 蜂窝夹芯板等效模量固有频率临界载荷优化设计
分类号: O328
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

复合材料以其优良的材料性能很早以来就广泛应用于航空、航天等领域。蜂窝夹层结构作为一种特殊的复合材料结构,由于具有较高的比强度和比刚度,一经问世就广泛地应用于卫星结构中,随着蜂窝夹层结构在各个领域的广泛应用,其结构的各种性能表现得越来越突出,其性能结构参数也要求得越来越精确。至此,本文以正六边形胞元蜂窝夹层结构为研究对象,系统地分析了蜂窝夹芯结构的国内外研究现状和发展趋势,从蜂窝夹芯的线性等效弹性模量入手,对蜂窝夹芯板的固有频率和临界载荷进行初步的研究,即分析了蜂窝夹芯板的固有频率和临界载荷的变化趋势,为蜂窝夹芯减振板结构参数优化设计提供了重要的依据。本文主要研究内容如下：(1)结合国内外的研究现状和研究成果,综述蜂窝夹芯减振板的结构特点,对蜂窝夹芯板采用高阶剪切理论进行分析；(2)从蜂窝夹芯的力学性能入手,推导了蜂窝夹芯的等效弹性模量,由于三阶剪切理论(TSDPT)的剪切力沿板厚的分布是不连续的,本文用有限元数据对三阶剪切理论的剪切模量进行修正,用修正后的三阶剪切理论对蜂窝夹芯板的弯曲振动进行了分析；(3)根据蜂窝夹芯板结构的优化设计准则,分析了蜂窝夹芯的剪切强度、抗弯刚度、弯曲强度、质量、蜂窝孔个数、一阶固有频率和临界载荷七个优化设计目标函数;(4)确定优化设计的决策变量和约束条件,构造评价函数；(5)运用Visual C++语言实现蜂窝夹芯减振板优化设计的功能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 概述  11
  1.2 蜂窝复合材料及发展  11-14
    1.2.1 蜂窝复合材料  11-13
      1.2.1.1 蜂窝夹层结构的构造和特点  11-12
      1.2.1.2 蜂窝夹芯的性能  12-13
    1.2.2 蜂窝复合材料发展及研究现状  13-14
  1.3 多目标最优化问题  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-16
第2章蜂窝夹芯结构自由振动及稳定性计算  16-43
  2.1 蜂窝夹芯的力学性能  16-22
    2.1.1 在x_1方向上加载  16-18
    2.1.2 在x_2方向上加载  18-20
    2.1.3 在x_1-x_2面上的剪切加载  20-22
  2.2 蜂窝夹层板振动、弯曲分析  22-43
    2.2.1 Reddy三阶剪切理论  22-28
    2.2.2 算例  28-30
    2.2.3 剪切系数的修正  30-39
      2.2.3.1 剪切系数的修正过程  30-32
      2.2.3.2 算例  32-39
    2.2.4 夹层板的临界载荷计算  39-43
      2.2.4.1 算例  41-43
第3章蜂窝夹芯减振板的结构设计  43-51
  3.1 蜂窝夹芯结构设计变量的选取  43
  3.2 蜂窝夹芯结构设计目标函数的确定  43-51
    3.2.1 抗弯刚度  44-45
    3.2.2 弯曲强度  45
    3.2.3 剪切强度  45-47
    3.2.4 质量  47-49
      3.2.4.1 蜂窝芯容重  48-49
      3.2.4.2 蜂窝夹芯板的等效密度  49
    3.2.5 蜂窝夹芯结构中的蜂窝孔的个数  49-51
第4章多目标优化理论及在蜂窝夹芯结构设计中的应用  51-61
  4.1 多目标优化理论  51-54
    4.1.1 多目标最优化问题的数学模型  51-52
    4.1.2 多目标最优化问题的解法  52-54
      4.1.2.1 分目标最优法  52-53
      4.1.2.2 评价函数法  53-54
    4.1.3 多目标优化问题的解  54
  4.2 蜂窝夹芯结构设计约束条件的确定  54-57
    4.2.1 约束条件一  54-55
    4.2.2 约束条件二  55-56
    4.2.3 约束条件三  56
    4.2.4 约束条件四  56-57
    4.2.5 约束条件五  57
  4.3 蜂窝夹层结构设计评价函数的构造  57-58
  4.4 蜂窝夹芯结构设计寻优方法的选取  58-61
第5章蜂窝夹芯结构多目标优化程序设计  61-67
  5.1 程序设计语言介绍及程序流程图  61-63
    5.1.1 蜂窝夹芯减振板的计算程序界面  62-63
    5.1.2 蜂窝夹芯减振板优化程序设计界面  63
  5.2 优化程序功能的实现  63-67
    5.2.1 蜂窝夹芯结构优化计算功能  63-64
    5.2.2 算例验证  64-67
      5.2.2.1 在SSSS边界条件下的结构参数优化设计计算  64-65
      5.2.2.2 在SCSC边界条件下的结构参数优化设计计算  65
      5.2.2.3 在SFSF边界条件下的结构参数优化设计计算  65-67
结论  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
附录  72

蜂窝夹芯减振板结构参数优化设计

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