湿热环境下旋转复合材料薄壁梁振动特性研究

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复合材料薄壁梁具有质量轻、耐高温、强度高等优点,在工程上应用极广,如直升机旋翼、风力机叶片、操作机械臂等。复合材料的各向异性可使梁的不同弹性变形发生耦合,旋转、倾角、湿热等其他因素的作用,更加剧了复合材料薄壁梁动力学行为的复杂性,相应地对其振动特性的研究不但具有重要的理论意义,也具有相当的实用价值。本文的主要工作是研究了湿热、旋转、倾角等外部因素对复合材料薄壁梁拉伸、扭转、弯曲耦合振动的影响,分别为:(1)第1章介绍了本文工作的研究背景和意义,以及复合材料薄壁结构、旋转复合材料结构及湿热环境下复合材料结构在国内外的研究现状,并简要说明了本文的研究内容。(2)第2章建立了复合材料薄壁梁模型,基于经典壳体理论、湿热环境下单层复合材料本构关系和Hamilton原理推导了湿热环境下复合材料薄壁梁的耦合振动控制方程,分别讨论了周向均匀刚度配置(CUS)和周向反对称刚度配置(CAS)两种构型梁的振动耦合情况,并通过数值算例分析了湿度、热度、纤维方向角等因素对复合材料梁振动频率的影响。(3)第3章将旋转引入复合材料薄壁梁模型,研究旋转对复合材料薄壁梁固有频率的影响。首先给出旋转作用下复合梁单位长度的动能和势能表达式,基于Hamilton原理推导了旋转复合材料薄壁梁耦合振动控制方程,与第2章做对比说明旋转对复合梁振动方程及边界条件的影响,根据Galerkin方法得到复合材料梁的特征方程,最后讨论了旋转、旋转与其他因素的联合作用对CUS和CAS两种构型梁振动频率的影响。(4)第4章研究倾角对旋转复合材料薄壁梁振动特性的影响。首先给出带倾角的旋转复合材料薄壁梁的建模方法和耦合振动控制方程,与第3章做对比说明倾角对复合梁振动方程及边界条件的影响。采用数值方法研究了倾角、旋转、纤维方向角等因素对复合材料薄壁梁振动特性的影响规律。
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