超彈性蒙皮結構的變形機制與最佳化設計研究

《超彈性蒙皮結構的變形機制與最佳化設計研究》是依託中國科學技術大學，由李永新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超彈性蒙皮結構的變形機制與最佳化設計研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李永新
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

可變形蒙皮作為維持和適應飛行器外形變化、承受和傳遞氣動載荷的首要部件，對於智慧型變形飛行器的實現具有舉足輕重的作用。課題將柔性機構理念引入到飛行器中廣泛採用的蜂窩夾層結構設計中去，提出基於柔性蜂窩結構的超彈性蒙皮結構概念，研究超彈性蒙皮結構的變形機制、設計理論和最佳化方法。採用數值模擬和模型試驗的方法，分別研究基於正、零和負泊松比三類不同拓撲構型柔性蜂窩芯和鋁合金、鋼和超彈性形狀記憶合金三種不同材料的超彈性蒙皮結構的變形特性，結合理論推導，建立超彈性蒙皮結構的力學模型，揭示其超彈性變形機制。研究柔性蜂窩芯的拓撲構型和尺寸參數對超彈性蒙皮結構綜合性能影響的定量關係，從而建立相關最佳化設計數學模型。採用多目標非線性最佳化算法或遺傳算法、蟻群算法等啟發式算法進行超彈性蒙皮結構最佳化設計，並對其製造、工藝和可靠性等方面進行全面細緻的評估，為智慧型變形飛行器結構的實現奠定物質基礎。

結題摘要

可變形蒙皮作為維持和適應飛行器外形變化、承受和傳遞氣動載荷的首要部件，對於智慧型變形飛行器的實現具有舉足輕重的作用。課題將柔性機構理念引入到飛行器中廣泛採用的蜂窩夾層結構設計中去，提出基於柔性蜂窩結構的超彈性蒙皮結構概念，研究超彈性蒙皮結構的變形機制、設計理論和最佳化方法。課題基於Gibson公式，進一步考慮蜂窩芯壁板拉伸壓縮變形影響，以Euler梁理論為基礎，分別推導出了正泊松比、負泊松比和零泊松比三種不同拓撲構型的蜂窩芯結構的非線性等效彈性模量公式以及負泊松比蜂窩芯結構的剪下彈性模量公式。課題在理論推導的基礎上，運用遺傳算法對負泊松比蜂窩芯結構參數開展了多目標最佳化設計研究，建立了最佳化設計模型，獲得了一組最佳化設計數據。課題進一步套用有限元仿真和模型試驗的方法，分別研究了基於正、零和負泊松比三類不同拓撲構型柔性蜂窩超彈性蒙皮結構的變形特性，建立了超彈性蒙皮結構的力學模型。仿真、實驗和理論推導公式計算結果非常吻合，驗證了理論推導結果的正確性。課題進一步針對已獲得的最佳化設計數據開展了仿真和模型實驗研究，揭示了柔性蜂窩芯的拓撲構型和尺寸參數對超彈性蒙皮結構綜合性能影響的定量關係，驗證了相關最佳化設計數學模型。以上研究結果為智慧型變形飛行器結構的實現奠定物質基礎。