空間薄膜結(jié)構(gòu)皺曲行為與特性研究.pdf

1、超大超輕型空間薄膜結(jié)構(gòu)因其能夠顯著的降低裝載體積和發(fā)射費(fèi)用，已成為目前國際航天領(lǐng)域關(guān)注的焦點。褶皺是這種結(jié)構(gòu)中一種常見的形變狀態(tài)，它是影響結(jié)構(gòu)性能的主要因素之一，且在高精度薄膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，褶皺已被認(rèn)為是一種失效模式。開展褶皺研究需要綜合運(yùn)用薄膜結(jié)構(gòu)力學(xué)、非線性力學(xué)、屈曲理論和動力學(xué)等多門學(xué)科的知識，因此，薄膜結(jié)構(gòu)褶皺問題的研究具有重要的理論研究和工程應(yīng)用價值。
　　本文提出了一種新的標(biāo)靶成型技術(shù)——“點印標(biāo)靶”，將其引入數(shù)字?jǐn)z影

2、測量技術(shù)實現(xiàn)了對小幅度褶皺的精確測量。對薄膜結(jié)構(gòu)的皺曲行為進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究，獲得了褶皺的引發(fā)機(jī)理和演化過程的變化規(guī)律。對褶皺的演化過程進(jìn)行了階段性劃分，并有針對性地分析了每個階段的皺曲行為特點和演變機(jī)理。
　　模型穩(wěn)定性是影響褶皺數(shù)值分析收斂性的關(guān)鍵，本文提出修正位移分量法——通過拆分位移解并聯(lián)合修正臨界點處的方程，從根本上消除了分叉時剛度矩陣的奇異性。引入適當(dāng)?shù)那B(tài)作為擾動施加到模型上，將平衡路徑從屈曲前的基本路徑轉(zhuǎn)移到

3、分叉路徑上，使后屈曲路徑沿分叉路徑發(fā)展，成功的將皺曲分析進(jìn)行到后屈曲階段。通過將數(shù)值方法與有限元軟件結(jié)合，模擬分析了多種結(jié)構(gòu)形式在不同載荷及邊界條件下的褶皺形變，并通過與試驗結(jié)果的比較證明了數(shù)值分析的有效性。采用動力學(xué)顯式有限元法對充氣薄膜結(jié)構(gòu)中褶皺動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了分析，取得了較好的結(jié)果。
　　基于分叉屈曲理論建立了以平面張力形式描述的褶皺判定準(zhǔn)則。提出了褶皺分析的非線性大撓度穩(wěn)定性理論模型，量化表征了薄膜結(jié)構(gòu)皺曲后的應(yīng)力分布及其與

4、皺曲形變之間的關(guān)系。對薄膜結(jié)構(gòu)皺曲行為的演化過程進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，得到了皺曲后薄膜中應(yīng)力的非均勻性及區(qū)域性分布規(guī)律。分析表明當(dāng)薄膜中的壓應(yīng)力達(dá)到皺曲臨界值時褶皺產(chǎn)生。
　　建立了薄膜結(jié)構(gòu)褶皺的形變預(yù)報模型，獲得了褶皺波長和幅度的表述形式及其變化規(guī)律，通過與試驗及有限元結(jié)果的比較證明了模型的正確性和有效性?；隈薨櫺巫冾A(yù)報模型，預(yù)報了不同載荷及邊界條件作用下不同結(jié)構(gòu)形式中的褶皺形變，都取得了較好的結(jié)果，進(jìn)而驗證了本文中的褶皺形變