溫度對反對稱鋪設圓柱殼結構的雙穩(wěn)態(tài)特性的影響研究.pdf

1、反對稱鋪設復合材料圓柱殼結構具有兩種不同穩(wěn)定狀態(tài)，可以通過機械載荷、智能材料或者溫度場等外在驅(qū)動方式進行穩(wěn)態(tài)之間的轉變，因此被稱為雙穩(wěn)態(tài)復合材料結構（Bi-stable Composite Structure）。雙穩(wěn)態(tài)復合材料結構具有輕質(zhì)、承載能力優(yōu)異以及可變形等特點，在航空航天的可變形機構和風力發(fā)動機葉片等諸多領域具有廣泛的應用前景。
　　當雙穩(wěn)態(tài)復合材料結構處于各種復雜的、極端的工作環(huán)境時，溫度對結構的雙穩(wěn)態(tài)特性影響較大。目前

2、，對于溫度影響下反對稱鋪設圓柱殼結構的研究較少，限制了其在實際應用中的發(fā)展。本文采用理論推導、實驗測試和有限元模擬等方法，研究了溫度對反對稱鋪設圓柱殼結構的雙穩(wěn)態(tài)特性影響機理，得到了環(huán)境溫度（整體溫度場）、局部溫度場以及溫度梯度影響下圓柱殼穩(wěn)態(tài)間相互轉變過程、突變載荷和變形情況，并利用溫度影響規(guī)律對結構變形進行了主動調(diào)控。最后，從宏觀、微觀角度對熱暴露下雙穩(wěn)態(tài)結構變形特性進行了討論和解釋。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1.在經(jīng)典層

3、合板理論的基礎上，利用最小勢能原理推導了溫度影響下的反對稱鋪設圓柱殼結構的雙穩(wěn)態(tài)理論模型。在理論上預測了包括整體溫度場和溫度梯度的變化對反對稱鋪設圓柱殼結構的曲率的影響規(guī)律，并討論了影響扭曲率變化的因素。
　　2.采用實驗方法，利用經(jīng)改裝的帶有溫控箱的拉伸試驗機測試平臺和自主研發(fā)的數(shù)字圖像處理技術，得到溫度影響下的反對稱鋪設圓柱殼結構的雙穩(wěn)態(tài)特性的變化規(guī)律。研究表明:整體溫度場溫度的增加會導致圓柱殼各個曲率都發(fā)生相應的增加;第一穩(wěn)

4、態(tài)轉變到第二穩(wěn)態(tài)的突變載荷不斷減小，第二穩(wěn)態(tài)回復到第一穩(wěn)態(tài)的突變載荷反而有所增加;當在圓柱殼局部區(qū)域加熱時，對結構的穩(wěn)態(tài)轉變過程以及曲率產(chǎn)生影響。
　　3.通過有限元軟件模擬了整體溫度場、局部溫度場以及溫度梯度影響下反對稱鋪設圓柱殼結構的雙穩(wěn)態(tài)特性的變化情況，得到包括穩(wěn)態(tài)轉變過程的載荷—位移曲線以及兩個穩(wěn)態(tài)的曲率變化規(guī)律，計算結果與理論和實驗結果較符合。溫度梯度影響下的圓柱殼曲率變化特性的模擬結果表明:可以通過在圓柱殼上施加負方向