《三維自適應形狀記憶合金殼結構的關鍵力學問題研究》是依託南京航空航天大學，由裘進浩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三維自適應形狀記憶合金殼結構的關鍵力學問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：裘進浩
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自適應結構技術作為未來飛行器的關鍵技術，對提高飛行器的性能具有重要作用。自適應結構可以根據飛行速度、高度等條件，自適應地改變飛行器氣動外形。形狀記憶合金(SMA)以其優異的材料特性，被廣泛套用於自適應結構中。但目前大多數在SMA力學行為的研究主要局限於一維、二維結構，且多物理場作用下的力學行為研究還不夠充分。本項目以SMA三維殼結構在自適應進氣道上的套用為背景，對SMA殼結構在氣動載荷作用下加熱變形過程中的關鍵力學行為展開研究，通過理論分析、數值仿真和實驗驗證相結合的辦法，著重解決以下關鍵問題：（1）三維形狀記憶合金雙程效應的力學行為建模以及有限元仿真的實現；（2）考慮氣動加熱和對流冷卻的SMA溫度場、流場、變形的耦合分析；（3）不同溫度場和流場作用下SMA三維殼結構的氣動彈性穩定性分析；（4）SMA自適應結構非線性控制系統的實現。展開這一探索性研究對促進SMA的自適應結構的發展具有重要的意義。
結題摘要
本課題以形狀記憶合金在三維自適應進氣道變體結構上的套用為背景，對三維形狀記憶合金殼結構在熱激勵作用下熱力學回響問題展開研究。本項目將傳統的Brison一維本構模型擴展為三維模型，並結合熱力學守恆定律完成三維形狀記憶合金本構模型及其材料子程式的開發。同時結合形狀記憶合金熱力學測試實驗結果對Byod-Lagoudas 三維唯象本構模型進行了拓展及修正，完善該本構模型並進行了程式化。利用ABAQUS有限元計算軟體實現對形狀記憶合金二維條帶/三維殼結構的熱力學回響問題的仿真計算，同時通過實驗測試結果驗證了這些本構模型實用性。為研究形狀記憶合金殼多場耦合問題，本項目提出基於形狀記憶合金的自適應激波控制鼓包。結合CFD及FEM方法分析了形狀記憶合金殼雙向記憶變形對流場的影響，並對形狀記憶合金二/三維鼓包外形的最佳化，提升了翼型在較寬的飛行包線內的氣動特性。同時本項目利用風洞試驗得出低速流場對鼓包表面溫度場分布的影響，並結合數值仿真方法研究了低速流場下形狀記憶合金鼓包熱力學回響特性，並總結出低速流場對形狀記憶合金熱力學回響帶來的影響。本項目結合傳統形狀記憶合金訓練工藝提出一種適用於約束邊界下三維形狀記憶合金結構的訓練方法。利用該方法成功訓練出能在-50°C至100°C範圍內具有中心撓度變化1mm左右的形狀記憶合金鼓包樣件，並完成了對形狀記憶合金鼓包在多次循環載入過程中變形穩定性進行測試和在外載荷條件下變形能力及變形回響進行測試。項目組基於STM32平台，以溫度作為反饋信號，開發了一套用於形狀記憶合金殼變形控制平台。該套控制平台可以長時間對形狀記憶合金升溫、冷卻過程進行精確控制，並具備手動/自動雙模式控制。本課題這些探索性研究結果對促進形狀記憶合金在形狀記憶合金在新型結構中的套用打下基礎並提供了技術儲備。
