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无轴承旋翼复合材料柔性梁和桨叶

作　者: 夏双满
导　师: 王华明
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 复合材料桨叶柔性梁剖面特性有限元建模 Isight
分类号: V229.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 82次
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内容摘要

无轴承旋翼桨毂取消了挥舞、摆振和变距三个机械铰,桨叶的挥舞、摆振和变距运动自由度都由柔性梁变形提供,所以柔性梁的功能对柔性梁的刚度性能提出了一些特定的要求,分析柔性梁截面刚度对复合材料桨叶动力学设计和复合材料桨叶优化设计具有重要的意义。本文以Hodegs等人开发的有限元软件VABS为基础,与有限元软件ANSYS相结合,对复合材料桨叶和复合材料柔性梁剖面特性进行了计算分析。此外,应用优化软件Isight调用VABS和ANSYS,在以弯曲刚度满足要求的同时,其扭转刚度最小为目标,对柔性梁扭转变形段的剖面尺寸进行了简单的优化。本文的主要内容如下:1.介绍了基于Hodges等提出的考虑截面翘曲变形的各向异性梁理论的截面特性计算方法,并且通过算例计算剖面特性(本文主要是针对剖面刚度)以证明本文建立VABS计算模型的准确性。2.基于VABS对复合材料柔性梁剖面进行剖面刚度的计算,并且分析了铺层角、剖面尺寸、预扭和预弯对剖面刚度的影响。然后以直九桨叶为算例,计算了其剖面刚度。3.本文基于Isight平台调用VABS和ANSYS,在弯曲刚度满足要求的同时,以其扭转刚度最小为目标,对柔性梁扭转变形段剖面尺寸进行了优化设计。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-20
  1.1 概述  13
  1.2 国内外研究、发展现状  13-18
    1.2.1 复合材料桨叶剖面特性分析  13-17
    1.2.2 复合材料桨叶动力学优化设计国内外发展情况  17-18
  1.3 主要研究内容  18-20
第二章复合材料梁剖面刚度特性分析有限元模型  20-36
  2.1 概述  20
  2.2 理论基础  20-28
    2.2.1 梁运动学  20-24
    2.2.2 翘曲的处理方法  24-26
    2.2.3 Timoshenko-like 理论的应用  26-28
  2.3 VABS 介绍  28-32
    2.3.1 VABS 的主要特点及其功能  28
    2.3.2 VABS 输入和输出的一些相关规定  28-32
  2.4 模型验证  32-35
    2.4.1 复合材料层合梁  32-33
    2.4.2 复合材料盒型梁  33-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章参数对复合材料梁剖面刚度影响  36-62
  3.1 铺层角度剖面刚度的影响  36-41
  3.2 截面的长宽比对剖面刚度的影响  41-45
  3.3 铺层角度相同铺层规律不同时对剖面刚度的影响  45-49
  3.4 预扭和预弯对剖面刚度的影响  49-61
    3.4.1 预扭作用对剖面刚度的影响  49-51
    3.4.2 预弯对剖面刚度的影响  51-53
    3.4.3 预扭和预弯同对剖面刚度的影响  53-56
    3.4.4 铺层角与预扭同时变化对剖面刚度影响  56-61
  3.5 本章小结  61-62
第四章复合材料旋翼桨叶剖面特性计算  62-67
  4.1 复合材料桨叶剖面构型  62-63
  4.2 VABS 的复合材料桨叶建模方法及计算流程  63-64
  4.3 计算结果与分析  64-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章复合材料柔性梁优化设计  67-77
  5.1 优化设计概述  68-70
    5.1.1 优化设计的发展情况  68
    5.1.2 优化设计步骤  68-69
    5.1.3 ISIGHT 的定义及其主要模块  69-70
    5.1.4 ISIGHT 体系  70
  5.2 优化算法  70-71
  5.3 复合材料柔性梁优化问题描述  71-74
    5.3.1 多目标优化问题的数学描述  71
    5.3.2 考虑刚度要求的柔性梁扭转变形段优化设计  71-73
    5.3.3 优化策略  73-74
  5.4 优化结果与分析  74-76
  5.5 本章小结  76-77
第六章总结与展望  77-78
  6.1 本文主要的工作  77
  6.2 后续展望  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
在校期间发表的论文  82

无轴承旋翼复合材料柔性梁和桨叶

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