薄膜结构的屈曲与振动特性研究

发布时间：2017-08-27 23:13

  本文关键词：薄膜结构的屈曲与振动特性研究

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【摘要】：薄膜结构以其质轻、柔性及可功能化的优点,可以制成能够高效折叠和可靠展开的空间充气展开结构。空间充气展开结构重量轻,包装体积小,降低了研究和制造的成本。由于薄膜结构抗弯刚度很小,在外部载荷作用下有明显的大变形特征,容易发生屈曲失稳,产生褶皱。褶皱的存在会影响薄膜结构的面形精度和稳定性,进而对薄膜结构的动力学特性造成影响。因此,研究薄膜结构的屈曲及其对振动特性的影响规律具有重要意义。本文以圆环薄膜结构作为研究对象,围绕屈曲和振动问题展开研究。通过数值计算、试验测试、理论分析,掌握薄膜结构的屈曲与振动特性研究方法,获得不同工况下薄膜结构的临界屈曲载荷和屈曲褶皱构型,探寻褶皱对薄膜结构振动特性的影响规律。通过数值计算研究了圆环薄膜结构在中心扭转载荷作用下的屈曲与振动特性。通过屈曲分析确定了各阶临界屈曲载荷及相应的屈曲模态。基于直接扰动法对含缺陷的圆环薄膜结构进行非线性屈曲分析,得到不同中心扭转载荷作用下的褶皱构型。此外,研究了圆环薄膜结构参数(内外径比、弹性模量、厚度)对临界屈曲载荷的影响规律。通过对屈曲前和屈曲后的圆环薄膜结构进行模态分析,得到了屈曲对圆环薄膜结构振动特性的影响规律。采用基于数字图像相关技术的非接触式测量方法,对圆环薄膜结构的屈曲及振动特性进行了试验研究。得到了圆环薄膜结构在中心扭转载荷作用下的屈曲褶皱构型及屈前屈后振动模态,与相应的数值分析结果进行对比,对存在的误差给出了解释。利用数值计算方法对两种增强方向不同的极正交各向异性圆环薄膜结构进行了屈曲分析,与各向同性圆环薄膜结构的临界屈曲载荷及屈曲模态进行对比,找到了一定的规律。通过非线性屈曲分析,对比了在某一确定载荷作用下极正交各向异性圆环薄膜结构与各向同性圆环薄膜结构的屈曲褶皱构型的异同。此外,对屈曲前和屈曲后的极正交各向异性圆环薄膜结构进行模态分析,与各向同性圆环薄膜结构的屈前屈后振动频率、模态进行对比,验证了规律的一致性。通过理论分析研究了圆环薄膜结构在中心扭转载荷作用下的屈曲起皱。对极正交各向异性圆环薄膜结构的扭转剪切起皱进行分析,给出无量纲形式的屈曲控制方程。以各向同性圆环薄膜结构为例,用有限差分法对圆环薄膜结构的临界屈曲载荷及面外褶皱构型进行求解。通过MATLAB求解并仿真得到圆环薄膜结构的面外褶皱构型,与试验测试结果进行比对,结果基本一致。
【关键词】：薄膜结构 屈曲 振动特性 褶皱
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;V414
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义10-12
• 1.2 薄膜结构的屈曲起皱研究现状12-16
• 1.3 薄膜结构的屈后振动研究现状16-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 圆环薄膜结构的屈曲与振动特性数值分析20-42
• 2.1 引言20
• 2.2 圆环薄膜结构的有限元模型20-21
• 2.3 圆环薄膜结构特征值屈曲分析21-25
• 2.4 圆环薄膜结构非线性屈曲分析25-30
• 2.5 圆环薄膜结构特征值屈曲的参数影响规律分析30-34
• 2.5.1 内外径比对圆环薄膜结构特征值屈曲的影响规律分析31-32
• 2.5.2 弹性模量对圆环薄膜结构特征值屈曲的影响规律分析32-33
• 2.5.3 薄膜厚度对圆环薄膜结构特征值屈曲的影响规律分析33-34
• 2.6 圆环薄膜结构屈前振动特性分析34-36
• 2.7 圆环薄膜结构屈后振动特性分析36-39
• 2.8 褶皱构型对圆环薄膜结构振动特性的影响规律分析39-41
• 2.9 本章小结41-42
• 第3章 圆环薄膜结构的屈曲与振动特性试验分析42-51
• 3.1 引言42
• 3.2 圆环薄膜结构屈曲与振动特性试验方案42-47
• 3.2.1 圆环薄膜结构的屈曲试验方案44-46
• 3.2.2 圆环薄膜结构的振动试验方案46-47
• 3.3 圆环薄膜结构屈曲与振动特性试验结果分析47-50
• 3.3.1 圆环薄膜结构屈曲试验结果分析47-49
• 3.3.2 圆环薄膜结构振动试验结果分析49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 极正交各向异性圆环薄膜结构的屈曲与振动特性数值分析51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 极正交各向异性圆环薄膜结构特征值屈曲分析51-56
• 4.3 极正交各向异性圆环薄膜结构非线性屈曲分析56-58
• 4.4 极正交各向异性圆环薄膜结构屈前振动特性分析58-60
• 4.5 极正交各向异性圆环薄膜结构屈后振动特性分析60-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 圆环薄膜结构的屈曲理论分析65-72
• 5.1 引言65
• 5.2 极正交各向异性圆环薄膜结构屈曲理论分析65-69
• 5.3 各向同性圆环薄膜结构屈曲理论分析69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 Lan Lan;Chang-Guo Wang;Hui-Feng Tan;;Experiment and evaluation of wrinkling strain in a corner tensioned square membrane[J];Acta Mechanica Sinica;2014年03期

2 王长国;杜星文;万志敏;;薄膜褶皱的非线性屈曲有限元分析[J];计算力学学报;2007年03期

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本文编号：746304