格栅夹层结构热变形的微结构力学分析和数值计算

发布时间：2017-03-21 19:14

  本文关键词：格栅夹层结构热变形的微结构力学分析和数值计算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于夹芯结构的复杂性及不连续性,使得格栅夹层结构在外加载荷作用下的变形分析较为困难。特别是对于在温度载荷作用下的格栅夹层结构的热弯曲变形,除了需要考虑面板和夹心的热伸缩变形外,还需要考虑面板的弯曲和夹芯的剪切变形。而单纯机械力载荷作用下的格栅夹层结构变形理论,仅考虑了面板的伸缩和夹芯的剪切变形,其不再适用于分析有温度载荷作用的情况。本文基于微结构力学的胞元分析方法,建立了格栅夹层结构的均匀化等效理论模型,系统地分析和计算了一维和二维格栅夹层结构的热变形。主要成果如下： 1.通过胞元结构分析,考虑了面板与腹板各自的热伸缩变形以及相互作用,分别建立了不考虑和考虑腹板弯曲效应两种情形下,格栅夹层梁结构热变形的理论模型,给出了胞元两端的广义内力与广义位移之间的关系。利用传递矩阵法计算了格栅夹层悬臂梁的热变形,其数值结果与三维有限元分析软件所得结果相吻合,从而佐证了本文提出理论模型的正确性。 2.针对格栅夹层弹性板结构的热变形问题,考虑了面板和腹板两者的热伸缩变形,以及由于两者之间的剪力作用所引起的面板弯曲和腹板的平面应力状态下的变形等因素的影响。应用胞元分析方法分析了格栅夹层板的热变形,结合腹板与面板界面的位移和应力连续条件,建立了均匀化等效的正交各向异性板理论模型,并给出了等效热膨胀系数的解析表达式。数值算例结果与三维有限元结果的一致性说明了本文理论模型的正确性。 3.为了进一步分析格栅夹层弹性梁热变形的微极效应,基于微极热弹性理论,建立了均匀化等效微极热弹性梁的理论模型。由胞元的能量等效,得到了格栅夹层梁的等效微极热弹性参数。数值结果表明：本文提出的等效微极热弹性梁模型,可以较为精确的模拟格栅夹层梁结构的热变形行为。 4.将等效微极热弹性梁模型加以推广,应用胞元的位移等效方法,建立了格栅夹层弹性板热变形的等效微极板理论,并给出了数值算例。
【关键词】：格橱夹层结构 热变形 胞元分析 均匀化等效 微极效应
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O342
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 格栅夹层结构传热理论研究进展13-14
• 1.2.2 格栅夹层结构的热变形问题研究概况14-17
• 1.2.3 格栅结构的微极等效理论研究简介17-19
• 1.3 本论文主要研究内容19-21
• 2 格栅夹层梁热变形理论及数值计算21-49
• 2.1 格栅夹层结构热变形分析的现有理论简介21-23
• 2.2 微结构胞元分析23-24
• 2.3 受热变形的力学理论模型建立24-29
• 2.3.1 胞元子结构相互作用力分析24-25
• 2.3.2 胞元子结构变形约束25-28
• 2.3.3 整体热变形传递矩阵建立28-29
• 2.4 格栅夹层梁受热变形的数值结果29-37
• 2.5 考虑腹板弯曲效应的热变形理论模型建立及数值算例37-49
• 2.5.1 腹板弯曲变形约束37-39
• 2.5.2 胞元子结构受力变形分析39-41
• 2.5.3 广义向量间的传递关系41-42
• 2.5.4 数值结果与讨论42-49
• 3 格栅夹层板热变形理论及数值计算49-75
• 3.1 格栅夹层板结构受热变形问题49-52
• 3.2 胞元的受热变形分析52-62
• 3.2.1 腹板力-热变形的解析解52-55
• 3.2.2 面板面内伸长的解析解55-58
• 3.2.3 面板面外变形的解析解58-60
• 3.2.4 子结构区域连接60-61
• 3.2.5 边界条件61-62
• 3.3 格栅夹层板的等效正交各向异性板理论模型62-64
• 3.4 数值算例及比较64-73
• 3.5 本章小结73-75
• 4 等效微极梁理论模型及数值结果75-85
• 4.1 微极热弹性理论基础75-76
• 4.2 微极梁热变形理论模型建立76-78
• 4.3 等效微极材料参数确定78-80
• 4.4 数值结果比较及讨论80-85
• 5 等效微极板模型理论及数值结果85-97
• 5.1 微极板热变形理论模型85-92
• 5.2 等效微极材料参数确定92-94
• 5.3 数值结果和讨论94-95
• 5.4 本章小结95-97
• 6 结论与展望97-99
• 参考文献99-111
• 附录A 不考虑腹板变形时梁胞元两端向量间的关系矩阵111-116
• 附录B 考虑腹板变形时梁胞元两端向量间的关系矩116-118
• 附录C 格栅夹层板胞元分析中变量、连接条件及边界条件118-124
• 作者简历及在学研究成果124-127
• 学位论文数据集127

【参考文献】

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本文编号：260176