波纹型柔性蒙皮基体基本特性研究及其驱动初探

论文摘要

变体机翼是基于仿生学原理被提出的,它可以根据飞行状态和流场条件改变自身形状,保持最佳的气动外形。机翼实现光滑大变形以及承受气动较大的载荷,对机翼蒙皮提出了特殊的要求。本文对一种波纹型复合材料板进行了有限元仿真和实验测试,主要研究其波纹方向的拉伸变形能力与垂直波纹方向的承载抗弯曲能力。有限元仿真研究中,首先计算出该构型伸长量与载荷之间的关系,最大挠度与载荷之间的关系,并对其应力云图进行分析。为了验证该构型蒙皮拉伸与抗弯的优越性,将波纹型和平板型在相同加载条件下的伸长量及最大挠度进行比较,并通过计算在相同载荷下不同波纹数的伸长量来证明波纹变形的线性累积效应。同时还对不同材料属性、结构尺寸以及波纹形状的波纹结构模型进行有限元计算,分析这些因素对波纹结构拉伸变形和承载抗弯能力的影响,为优化波纹结构提供理论基础。在仿真研究基础上,制备了多个波纹板试件。蒙皮的原材料主要为玻璃纤维布和环氧树脂胶。测试实验包括波纹结构试件的拉伸测试、三点弯曲测试,以及平板试件拉伸测试,将测试结果与仿真结果比较,对试件破坏情况进行分析,验证仿真预测的正确性以及波纹型蒙皮应用于变体机翼的可行性。最后对波纹型蒙皮的驱动进行了初步探索,为实现主动式大变形机翼蒙皮提供研究基础。利用形状记忆合金丝(SMA)的变形特性,将其埋入波纹型蒙皮,通电后SMA能够在内部驱动波纹型蒙皮产生变形。本文还对SMA驱动器的专用供电电源进行了方案设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 变体机翼背景
• 1.2 变体机翼蒙皮的国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 复合材料的波纹结构及其有限元建模
• 2.1 波纹型蒙皮及复合材料蒙皮应用概述
• 2.1.1 波纹型结构蒙皮的应用历史
• 2.1.2 复合材料蒙皮应用概述
• 2.2 有限元分析法
• 2.2.1 有限元法简介
• 2.2.2 有限元法的基本思路和原理
• 2.2.3 有限元分析流程
• 2.3 有限元建模与分析
• 2.3.1 基于ANSYS 的有限元建模与分析
• 2.3.2 前处理
• 2.3.3 求解处理
• 2.3.4 后处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 复合材料波纹板拉伸与承载性能仿真研究
• 3.1 波纹板拉伸特性的FEM 数值仿真
• 3.1.1 结构建模
• 3.1.2 水平拉伸求解分析
• 3.2 波纹板承载特性的FEM 数值仿真
• 3.2.1 结构建模
• 3.2.2 三点弯曲求解分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 标准试件制备及性能测试
• 4.1 实验件制备
• 4.1.1 成型工艺比较
• 4.1.2 波纹板制备研究
• 4.2 测试系统
• 4.3 测试结果及分析
• 4.3.1 拉伸测试结果与分析
• 4.3.2 弯曲测试结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 SMA 埋入及其驱动电源初探
• 5.1 埋入SMA 驱动蒙皮变形
• 5.2 总电路方案设计
• 5.2.1 整流滤波模块
• 5.2.2 DC-DC 降压模块.
• 5.2.3 输出电压反馈模块
• 5.3 程序流程设计
• 5.3.1 控制芯片TM5320F2812
• 5.3.2 主程序设计
• 5.3.3 输入参考值A/D 转换子程序设计
• 5.3.4 PWM 信号产生子程序设计
• 5.3.5 输出信号电压反馈子程序设计
• 5.3.6 PI 控制程序设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 研究结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文