柔性运动薄膜的非线性动力学研究

发布时间：2020-05-13 06:25

【摘要】：高精密薄膜材料广泛用于印刷包装、生物医疗、信息、航空航天等领域。薄膜产品在制造过程中,它以连续张紧的状态高速传输,张紧的薄膜由于受材料特性、运动速度、张力非均匀性、空气伴随、干燥固化过程的外激励力等因素的影响及扰动,易呈现剧烈颤振、褶皱及漂移等严重影响薄膜产品制备精度的现象,同时也制约着印刷速度的进一步提高。因此研究高精密薄膜的动力学特性对于提高套印精度和生产效率具有重要的工程应用价值。本文以印刷薄膜生产设备陕西北人FR400ELS无轴传动高速凹版印刷机和陕西北人B624卷筒纸印刷机为例,系统地研究柔性运动薄膜在多工况下的动力学特性。具体研究工作如下:(1)研究了随从力作用下的变密度薄膜和非均匀张力下的变密度薄膜的振动特性。应用D'Alembert原理建立两种工况下的变密度运动薄膜的横向振动微分方程,应用微分求积法求解。分析了张力比、随从力、长宽比、非均匀张力系数和密度系数对薄膜振动特性的影响,得到了薄膜稳定工作区间和发散失稳的临界速度,获得了影响薄膜振动特性的主要因素。(2)研究变速度薄膜在切向均布随从力作用下和非均匀张力下的参数振动。基于D'Alembert原理建立周期扰动的变速度运动薄膜的振动微分方程,应用微分求积法离散方程,得到只含时间变量的二阶周期系数微分方程。应用Floquet理论分析系统参数如随从力、薄膜张力比、长宽比、平均速度和非均匀张力系数对薄膜不稳定区域的影响规律。该研究对提高变速运动工况下印刷薄膜的稳定性有重要意义。(3)研究变密度运动薄膜的非线性振动及稳定性。应用D'Alembert原理和von Karman大挠度理论推导出运动薄膜大挠度振动方程,应用Bubnov-Galerkin方法对振动偏微分方程组进行离散,得到系统的常微分方程,利用椭圆积分法对微分方程进行求解,分析无量纲速度、长宽比和密度系数对运动薄膜非线性振动频率的影响。对于运动薄膜的非线性强迫振动,采用4阶Runge-Kutta法对系统常微分方程进行数值求解,应用分岔图、时程图、相图、Poincare截面图和功率谱分析无量纲速度、外激励力幅值、长宽比和密度系数对薄膜非线性动力学行为的影响,得出薄膜发生混沌运动的区间,获得了影响薄膜稳定性的主要因素。(4)研究变速度运动薄膜的非线性动力学行为。建立变速度运动薄膜的非线性振动偏微分方程,应用Galerkin截断法将方程中含有的空间变量和时间变量、应力函数和位移函数进行离散,得到变速度运动薄膜的常微分方程。通过分岔图、相图、时程图、Poincaré截面图和功率谱分析了不同初始条件、平均速度、速度变化幅值和长宽比对变速度运动薄膜非线性振动的影响规律,得出了不同参数时系统的周期运动、准周期运动和混沌运动。(5)计及薄膜的材料特性,研究了正交异性运动薄膜的大挠度几何非线性振动。建立正交异性运动薄膜的非线性振动数学模型。通过时程图、相图、Poincaré截面图、功率谱和分岔图揭示系统的非线性动力学行为。分析了速度、长宽比和正交异性系数对运动薄膜非线性振动的影响规律,获得了正交异性薄膜产生混沌运动的区间。综上所述,本文的研究成果为薄膜传输的稳定性和印刷机的结构优化、设计、制造及提速提供理论依据。同时研究成果丰富了薄膜传输的稳定性理论,对提高薄膜产品的套印精度和印刷质量有重要意义。该成果也可以拓展到柔性电子产品的制备和研发中。
【图文】：

[1-3]。这类典型的薄膜制造设备有机组式凹版印刷机（如图1-1所示）和卷筒纸印刷机（如图1-2所示）等。图 1-1 机组式凹版印刷机Fig.1-1 Unit gravure printing press图 1-2 卷筒纸印刷机Fig.1-2 Web printing press近年来，随着新材料和新技术的高速发展，薄膜材料的应用领域得以拓展，这些多功能薄膜材料不仅在印刷包装中有广泛应用，还在军事信息、航空航天、健康医疗、人工智能、物流监测、仪表显示等众多领域有着普遍的应用，例如高新产业领域的印刷电子薄膜、RFID 标签、微纳制造电子薄膜显示器、薄膜传感器、柔性薄膜开关、可穿戴电子产品、太阳帆、降落伞、可充气结构等[4-7]。高精密多功能薄膜在新材料制备中的应用如图 1-3所示。

[1-3]。这类典型的薄膜制造设备有机组式凹版印刷机（如图1-1所示）和卷筒纸印刷机（如图1-2所示）等。图 1-1 机组式凹版印刷机Fig.1-1 Unit gravure printing press图 1-2 卷筒纸印刷机Fig.1-2 Web printing press近年来，随着新材料和新技术的高速发展，薄膜材料的应用领域得以拓展，这些多功能薄膜材料不仅在印刷包装中有广泛应用，，还在军事信息、航空航天、健康医疗、人工智能、物流监测、仪表显示等众多领域有着普遍的应用，例如高新产业领域的印刷电子薄膜、RFID 标签、微纳制造电子薄膜显示器、薄膜传感器、柔性薄膜开关、可穿戴电子产品、太阳帆、降落伞、可充气结构等[4-7]。高精密多功能薄膜在新材料制备中的应用如图 1-3所示。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 巩庆梅;许英姿;刘灿昌;马驰骋;周继磊;姜瑞瑞;;主共振纳米梁非线性振动电容控制[J];科学技术与工程;2017年18期

2 刘燕;;梁的非线性振动的进展[J];大众科技;2009年10期

3 寇胜利;;汽轮发电机组非线性振动研究[J];中国电力;2006年01期

4 许明田,胡海岩,程德林;求解非线性振动问题的一种新方法[J];应用力学学报;1998年04期

5 吴奇学;一维含阻尼非线性振动的正则摄动解[J];三明师专学报;1998年02期

6 吴晓，张龙庭，马建勋;弹性直杆热膨胀状态下的非线性振动[J];工程力学;1996年04期

7 陈立群,王铁光;控制非线性振动中的混沌[J];东北大学学报;1997年03期

8 向裕民;电子在电环轴上的非线性振动[J];电子科技大学学报;1997年01期

9 安平;水平非线性振动分选供料器[J];组合机床与自动化加工技术;1997年11期

10 朱位秋;余金寿;;van der Pol振子对高斯白噪声的响应[J];振动工程学报;1987年01期

相关会议论文 前10条

1 赵德敏;刘建林;;考虑表面效应的纳米梁的非线性振动[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年

2 闫妍;王文全;;静电激励下微观曲梁的非线性振动和稳定性研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

3 邱恒斌;徐自力;;一种求解围带成圈叶片非线性振动响应的高效算法[A];第十五届全国非线性振动暨第十二届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2015年

4 李宏卫;王军;卢立新;陈安军;;一种求解强非线性振动问题的修正同伦分析法[A];第十五届全国非线性振动暨第十二届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2015年

5 陈璐琪;齐浩;孙清;;压电智能悬臂梁非线性振动与模糊控制研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

6 闻邦椿;;非线性振动的工程应用[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年

7 闻邦椿;;“工程非线性振动”的研究的若干进展及展望[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

8 贾启芬;李徐东;许恒波;刘习军;;基于新型磁流变阻尼器的汽车悬架非线性振动特性分析[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

9 黄坤;冯奇;;悬索桥的非线性振动[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年

10 蔡建平;李怡平;;强非线性振动的多尺度法及其应用[A];第七届全国非线性动力学学术会议和第九届全国非线性振动学术会议论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前2条

1 本报特约记者　 胡宏伟;愿借好风上青云[N];大众科技报;2006年

2 胡宏伟;在自主创新的征途上驰骋[N];中国知识产权报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 邵明月;柔性运动薄膜的非线性动力学研究[D];西安理工大学;2019年

2 王乙坤;碰撞约束下输液管的非线性振动[D];华中科技大学;2017年

3 李鹏松;求解大振幅非线性振动问题的若干解析逼近方法[D];吉林大学;2004年

4 杜国君;圆薄板和夹层圆板非线性振动研究[D];燕山大学;2004年

5 孙维鹏;强非线性振动系统解析逼近解的构造[D];吉林大学;2007年

6 周俊;梁板挠曲与非线性振动分析的自适定小波方法[D];兰州大学;2006年

7 胡春林;桩基非线性动力学特性研究[D];上海大学;2006年

8 刘伟佳;求解强非线性振动问题的解析逼近方法及其应用[D];吉林大学;2017年

9 王威;汽车整车与转向系非线性动力学特性及控制仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

10 刘辰;非局部压电纳米板的振动和稳定性研究[D];北京交通大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 周露;不同高阶理论下碳纳米管增强复合材料板非线性振动分析[D];长沙理工大学;2017年

2 官云龙;杆、拱和板结构的强非线性振动研究[D];河北工业大学;2016年

3 黄磊;锚索非线性振动特性与张拉力关系研究[D];重庆大学;2018年

4 贾海明;压电梁板结构的非线性振动分析[D];哈尔滨工程大学;2015年

5 郑晓宇;基于盲源分离技术的混凝土梁非线性振动分析[D];重庆大学;2011年

6 祝涛;蜂窝夹层结构非线性振动研究[D];上海交通大学;2007年

7 杨迪;轧制过程中轴向运动矩形薄板的非线性振动研究[D];燕山大学;2013年

8 张晓彤;利用非线性振动特性识别输电塔结构的连接损伤[D];重庆大学;2014年

9 沈展鹏;层合结构非线性振动中的不确定性问题研究[D];中国工程物理研究院;2012年

10 巩庆梅;纳米梁非线性振动反馈控制研究[D];山东理工大学;2017年

本文编号：2661544