溫度對(duì)反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)特性的影響研究.pdf

1、反對(duì)稱鋪設(shè)復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)具有兩種不同穩(wěn)定狀態(tài)，可以通過機(jī)械載荷、智能材料或者溫度場(chǎng)等外在驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，因此被稱為雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（Bi-stable Composite Structure）。雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、承載能力優(yōu)異以及可變形等特點(diǎn)，在航空航天的可變形機(jī)構(gòu)和風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)處于各種復(fù)雜的、極端的工作環(huán)境時(shí)，溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)特性影響較大。目前

2、，對(duì)于溫度影響下反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)的研究較少，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展。本文采用理論推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和有限元模擬等方法，研究了溫度對(duì)反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)特性影響機(jī)理，得到了環(huán)境溫度（整體溫度場(chǎng)）、局部溫度場(chǎng)以及溫度梯度影響下圓柱殼穩(wěn)態(tài)間相互轉(zhuǎn)變過程、突變載荷和變形情況，并利用溫度影響規(guī)律對(duì)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了主動(dòng)調(diào)控。最后，從宏觀、微觀角度對(duì)熱暴露下雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)變形特性進(jìn)行了討論和解釋。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　1.在經(jīng)典層

3、合板理論的基礎(chǔ)上，利用最小勢(shì)能原理推導(dǎo)了溫度影響下的反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)理論模型。在理論上預(yù)測(cè)了包括整體溫度場(chǎng)和溫度梯度的變化對(duì)反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)的曲率的影響規(guī)律，并討論了影響扭曲率變化的因素。
　　2.采用實(shí)驗(yàn)方法，利用經(jīng)改裝的帶有溫控箱的拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試平臺(tái)和自主研發(fā)的數(shù)字圖像處理技術(shù)，得到溫度影響下的反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)特性的變化規(guī)律。研究表明:整體溫度場(chǎng)溫度的增加會(huì)導(dǎo)致圓柱殼各個(gè)曲率都發(fā)生相應(yīng)的增加;第一穩(wěn)

4、態(tài)轉(zhuǎn)變到第二穩(wěn)態(tài)的突變載荷不斷減小，第二穩(wěn)態(tài)回復(fù)到第一穩(wěn)態(tài)的突變載荷反而有所增加;當(dāng)在圓柱殼局部區(qū)域加熱時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變過程以及曲率產(chǎn)生影響。
　　3.通過有限元軟件模擬了整體溫度場(chǎng)、局部溫度場(chǎng)以及溫度梯度影響下反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)特性的變化情況，得到包括穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變過程的載荷—位移曲線以及兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的曲率變化規(guī)律，計(jì)算結(jié)果與理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較符合。溫度梯度影響下的圓柱殼曲率變化特性的模擬結(jié)果表明:可以通過在圓柱殼上施加負(fù)方向