形狀記憶合金複合材料結構非線性動力學設計

《形狀記憶合金複合材料結構非線性動力學設計》是依託天津大學，由吳志強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：形狀記憶合金複合材料結構非線性動力學設計
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳志強
• 依託單位：天津大學

項目摘要

形狀記憶合金（SMA）具有獨特的形狀記憶和偽彈性特性，以及比較強的抗腐蝕能力和抗疲勞性能。套用SMA控制結構振動已經成為振動控制領域研究熱點問題之一。如何充分發揮SMA的形狀記憶效應和偽彈性特性，增強結構性能，成為SMA複合結構設計迫切需要解決的問題。SMA本構關係的具有分段滯後特點，導致SMA複合結構的振動方程對空間變數和時間變數均不光滑，為其動力學分析帶來挑戰。本項目發展適於任意分段描述的分岔問題分析的奇異性理論，研究形狀記憶合金層合結構在基礎激勵、氣流激勵、溫度變化等因素作用下振動，揭示層合板結構參數對振動特徵與模式的影響，探索和發展基於約束分岔分析的形狀記憶合金複合結構非線性振動設計方法並進行實驗驗證。

結題摘要

形狀記憶合金（ SMA）具有獨特的形狀記憶效應和偽彈性特性，有比較強的抗腐蝕 能力和抗疲勞性能。利用形狀記憶合金性質對結構進行振動和變形控制是目前研究的熱 點之一。如何充分發揮 SMA 的形狀記憶效應和偽彈性特性，增強結構性能，成為 SMA 複合結構設計迫切需要解決的問題。同時，SMA 本構關係的分段滯後特點， 會導致 SMA 複合結構的振動方程對空間變數和時間變數均不光滑，為其動力學分析帶來挑戰。 多分段描述的分岔問題奇異性分析方法: 非光滑動力系統中，穩態解（含平衡點、周期解等）描述方程都是分段描述的，經典的分岔分析奇異性方法無法使用。針對形狀記憶合金本構關係分段描述特點，通過一系列約束分岔問題的轉遷集求解獲得分段描述的分岔問題完整的轉遷集。完善了分段描述的分岔問題奇異性分析方法。 單向拉伸形狀記憶複合結構的非線性動力學分析及實驗：建立了形狀記憶合金絲與彈簧阻尼元件聯合作用的振動系統，用平均法推導周期激勵下系統共振解的幅頻回響方程，再套用分段描述的分岔問題奇異性分析方法揭示系統參數對指標的影響特徵。初步開展了形狀記憶合金絲本構關係實驗，驗證了本構關係的滯後特徵。 簡支形狀記憶合金層合結構的非線性動力學及實驗:採用分段線性函式描述形狀記憶合金材料的滯後本構關係，建立了形狀記憶合金層合梁動力學模型，先推導離散多自由度方程以及幅頻回響關係，再套用分段描述的分岔問題奇異性分析方法，分析了系統參數對分岔模式的影響，從振動最佳化的角度確定合適的結構參數匹配區域。 形狀記憶合金複合結構的氣熱顫振分析及設計：基於一階活塞理論的氣動力模型、馮卡門非線性變形理論，用 Hamilton 原理建立了 SMAHC 壁板在氣動力和熱載荷聯合作用下的動力學偏微分方程，研究了壁板的動力學穩定性隨氣 體動壓和溫度的變化，在溫度和氣體動壓的參數平面上確定出壁板顫振和屈曲邊界。最後討論了 SMA 對壁板極限環顫 振的控制及魯棒性問題。 上述研究，在分岔奇異性分析方面，克服了已有文獻中轉遷集計算不完整問題，完善了分析方法。在形狀記憶合金振動套用方面，基於形狀記憶合金雙旗幟性滯後本構模型，討論了單自由度減（隔）振系統、層合結構兩類系統，研究了系統參數對振動回響的影響，對此類結構的設計有指導作用。