用于自适应变形结构的柔性蒙皮设计与分析

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1、中图分类号：V250.3论文编号：102870118-S078学科分类号：080104硕士学位论文用于自适应变形结构的柔性蒙皮设计与分析研究生姓名邹婷婷学科、专业工程力学研究方向智能材料与结构指导教师周丽教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDesignandResearchofFlexibleSkinforAdaptiveMorphingStructuresAThesisinEng

2、ineeringMechanicsbyZouTingtingAdvisedbyProf.ZhouLiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数

3、据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：南京航空航天大学硕士学位论文摘要基于智能材料和结构的变体飞机是未来先进飞行器的主要发展方向之一，而柔性蒙皮的设计又是实现变体飞机的一大关键技术。本文主要针对三元鼓包进气道可调以及机翼变体方案开展了相应的柔性蒙皮设计与研究工作，开发满足变形和承载等需求的柔性蒙皮，为变体飞机提供光滑连续的变形，并能够承受和传递气动载荷。针对柔性蒙皮的变形和承载需求，本文设计了一种由半圆弧周期性排列而成的圆弹簧纤维，并提出了一种基于圆弹簧纤维的复合材料。采用代表体元法对其力学性能进行研

4、究，推导了单层板各项等效弹性系数。在圆弹簧纤维复合材料单层板的基础上，进一步研究了四层对称层合板的面内拉伸行为和面外弯曲特性，给出其拉伸变形等效模量以及弯曲变形挠度。通过MATLAB软件和ABAQUS有限元软件建立圆弹簧纤维复合材料的有限元模型并进行力学性能仿真，仿真结果展示了圆弹簧纤维复合材料的拉伸弹性系数的变化规律。针对鼓包进气道变形及承载需求，研究了一种基于圆弹簧纤维复合材料的柔性蒙皮鼓包。将柔性蒙皮附着在鼓包进气道上，提出了一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道方案，通过内部充压的方式实现鼓包的变形。建立基于圆弹簧纤维复合材料的柔性蒙皮鼓包模型，初步分析柔性蒙皮鼓包的变形能

5、力以及内部充压需求，并引入外载荷工况，进一步明确内部载荷大小。针对可变形蜂窝柔性蒙皮的变形需求，开展了零泊松比混合十字形蜂窝的力学性能研究。对十字形蜂窝结构形式进行优化设计，分析了一种零泊松比混合十字形蜂窝结构力学性能，并结合有限元仿真方法和实验验证了理论模型的正确性。关键词：柔性蒙皮，曲线纤维复合材料，有限元方法，自适应鼓包进气道，可变形蜂窝本文工作得到国家自然科学基金（项目编号：51475228）的资助。本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I用于自适应变形结构的柔性蒙皮设计与分析ABSTRACTMorphingaircraftbasedonsmartmateri

6、alsandstructuresisoneofthemaindevelopmentdirectionsoftheadvancedflightvehicle,andofwhichthekeytechnologyisthedesignofflexibleskin.Thispaperdevelopsdesignandresearchworkofflexibleskinwhichisbasedonadaptivebumpinletandmorphingaircraftwing.Theflexibleskinproposedinthispapershouldnotonlysatisfyt

7、heneedsofdeformationandload,butalsodeformsmoothlyandconsecutively.Akindofroundspringfiberarrangedperiodicallyisdesignedaccordingtotheapplicationrequirementofflexibleskin.Themechanicalpropertiesofthecompositematerialbasedonroundspringfiberareanalyze