【摘 要】
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负泊比蜂窝夹层板是由传统蜂窝夹层板通过结构设计得到。负泊松比蜂窝夹层板除了具有传统蜂窝夹层板的优点外,还具有负泊松比材料的抗冲击性、抗断裂性和吸能隔振等特性。在超音速飞行器突破音障时,负泊松比材料有利于缓减激波冲击,因此可将负泊松比蜂窝夹层板用于航空飞行器壁板的研究中,鉴于此,本文针对超音速来流下负泊松比蜂窝夹层壁板的颤振特性开展了以下研究。首先,基于三阶剪切变形理论,Von-Karman大变形理
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负泊比蜂窝夹层板是由传统蜂窝夹层板通过结构设计得到。负泊松比蜂窝夹层板除了具有传统蜂窝夹层板的优点外,还具有负泊松比材料的抗冲击性、抗断裂性和吸能隔振等特性。在超音速飞行器突破音障时,负泊松比材料有利于缓减激波冲击,因此可将负泊松比蜂窝夹层板用于航空飞行器壁板的研究中,鉴于此,本文针对超音速来流下负泊松比蜂窝夹层壁板的颤振特性开展了以下研究。首先,基于三阶剪切变形理论,Von-Karman大变形理论以及一阶线性活塞理论,运用Hamilton能量原理推导出了三维负泊松比蜂窝夹层壁板的运动方程。然后,使用Galerkin方法对运动方程进行离散并通过数值方法对负泊松比蜂窝夹层壁板颤振特性进行了深入的研究,计算并分析了不同参数下壁板的颤振临界和极限环幅值变化的一般规律,以及壁板在不同动压下的复杂响应。最后,对斜激波冲击下的壁板颤振响应进行了分析。负泊松比蜂窝夹层壁板线性颤振分析结果显示:蜂窝壁板参数会改变壁板的颤振特性,壁板的长宽比和芯厚比增大,颤振频率和临界动压减小。当壁板受面内压力作用,若面内力为拉力时,拉力增大,系统临界动压和颤振频率增大。若面内力为压力时,压力增大,系统临界动压和颤振频率减小。改变蜂窝芯层铺设方式,壁板的颤振特性会有显著的变化。可以通过选取适当的蜂窝单元参数来提高蜂窝壁板的颤振临界。负泊松比蜂窝夹层壁板非线性颤振分析显示:随来流动压的增加,壁板颤振时的极限环幅值增加。非线性颤振分析所得临界动压与线性颤振分析计算得到的临界动压一致。若不考虑面内压力作用,当来流动压小于临界动压时,壁板的振动随时间逐渐衰减为零;当动压大于临界动压时,壁板做等幅的周期振动,并且随着来流动压的继续增大,系统的极限环幅值和颤振频率增大;若考虑面内压力,随着动压的变化,壁板的非线性动力学响应变得更为复杂,会出现屈曲,非对称简谐周期运动,周期3运动,拟周期运动和混沌运动等现象。考虑斜激动作用下负泊松比蜂窝夹层壁板颤振分析结果显示:激波入射位置向壁板尾部移动,壁板颤振时的幅值降低,即壁板的颤振临界提高。激波角越大壁板颤振时的幅值越大并且会更早的进入复杂响应阶段,即激波的存在使壁板更容易发生颤振。
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