【摘 要】
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本文以柔性膜盘联轴器及其变截面膜盘为研究对象,基于弹性力学、板壳振动理论、转子动力学、有限元等方法:首先,分析了轴对称情况下变截面膜盘的弯曲变形、弯曲应力、屈曲、扭转等特性;其次,分别建立了惯性系下与非惯性系下膜盘联轴器的弯摆轴耦合运动微分方程,并分析了多种飞行状态对其振动特性的影响;考虑到单曲面膜盘厚度较薄,曲面加工难度大、精度要求高,为了降低加工难度并保证膜盘具有较好的容差和负载能力,对一种改
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本文以柔性膜盘联轴器及其变截面膜盘为研究对象,基于弹性力学、板壳振动理论、转子动力学、有限元等方法:首先,分析了轴对称情况下变截面膜盘的弯曲变形、弯曲应力、屈曲、扭转等特性;其次,分别建立了惯性系下与非惯性系下膜盘联轴器的弯摆轴耦合运动微分方程,并分析了多种飞行状态对其振动特性的影响;考虑到单曲面膜盘厚度较薄,曲面加工难度大、精度要求高,为了降低加工难度并保证膜盘具有较好的容差和负载能力,对一种改进型膜盘进行了设计分析;最后,基于Halpin-Tsai理论模型、有限元法和理论方法分析了石墨烯/TC4复合材料膜盘的力学特性。本文研究的主要内容具体包括:（1）在考虑轴对称情况下以变截面膜盘中的双曲面膜盘为研究对象;拟合出了双曲面膜盘厚度沿半径方向变化的表达式;采用大、小挠度弯曲理论中的变分法、瑞茨法、伽辽金法与有限元法对比分析了变截面膜盘的弯曲挠度和弯曲应力;采用有限元法分析了膜盘的固有频率及在旋转动态下的频率特性和临界转速;采用能量法分析了变截面膜盘的屈曲特性,并用有限元法对变截面膜盘进行了非线性屈曲分析,进一步对比了特征值屈曲结果与非线性屈曲结果的差异;最后,采用有限元法仿真分析了变截面膜盘的扭转刚度。（2）针对柔性膜盘联轴器转子系统,首先利用有限元法获得了膜盘联轴器弯摆轴系统的耦合刚度矩阵和膜盘的非线性轴向刚度表达式;接着,采用Lagrange方法分别建立了惯性系下和飞机机动飞行引起的非惯性系下膜盘联轴器的弯摆轴耦合运动微分方程,采用Runge-Kutta求解分析了非线性轴向刚度对膜盘联轴器轴向振动的影响以及飞机的多种飞行状态对膜盘联轴器转子系统振动特性的影响,尤其对轴向振动的影响。（3）考虑将单曲面改成直线形并在膜盘型面上打孔,改进成多孔式直线形膜盘。利用有限元法对多孔式膜盘在转矩、轴向偏差、角向偏差、转速及复合工况下的轴向刚度、扭转刚度及应力、疲劳寿命及屈曲载荷进行了分析,并将其与同直径的单曲面膜盘进行了对比。（4）根据Halpin-Tsai理论模型估算出了石墨烯以分布模式、含量、长厚比、长宽比等不同添加方式下复合材料的弹性模量、泊松比、密度,并采用逆解法和有限元法对比分析了石墨烯的分布模式、含量、长厚比、长宽比对等厚度膜盘固有频率的影响,采用能量法与有限元法对比分析了石墨烯不同的添加方式对膜盘临界载荷的影响。
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