薄膜結構的屈曲與振動特性研究.pdf

1、薄膜結構以其質輕、柔性及可功能化的優(yōu)點，可以制成能夠高效折疊和可靠展開的空間充氣展開結構。空間充氣展開結構重量輕，包裝體積小，降低了研究和制造的成本。由于薄膜結構抗彎剛度很小，在外部載荷作用下有明顯的大變形特征，容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)，產生褶皺。褶皺的存在會影響薄膜結構的面形精度和穩(wěn)定性，進而對薄膜結構的動力學特性造成影響。因此，研究薄膜結構的屈曲及其對振動特性的影響規(guī)律具有重要意義。
　　本文以圓環(huán)薄膜結構作為研究對象，圍繞屈曲和振動

2、問題展開研究。通過數值計算、試驗測試、理論分析，掌握薄膜結構的屈曲與振動特性研究方法，獲得不同工況下薄膜結構的臨界屈曲載荷和屈曲褶皺構型，探尋褶皺對薄膜結構振動特性的影響規(guī)律。
　　通過數值計算研究了圓環(huán)薄膜結構在中心扭轉載荷作用下的屈曲與振動特性。通過屈曲分析確定了各階臨界屈曲載荷及相應的屈曲模態(tài)?；谥苯訑_動法對含缺陷的圓環(huán)薄膜結構進行非線性屈曲分析，得到不同中心扭轉載荷作用下的褶皺構型。此外，研究了圓環(huán)薄膜結構參數（內外徑比

3、、彈性模量、厚度）對臨界屈曲載荷的影響規(guī)律。通過對屈曲前和屈曲后的圓環(huán)薄膜結構進行模態(tài)分析，得到了屈曲對圓環(huán)薄膜結構振動特性的影響規(guī)律。
　　采用基于數字圖像相關技術的非接觸式測量方法，對圓環(huán)薄膜結構的屈曲及振動特性進行了試驗研究。得到了圓環(huán)薄膜結構在中心扭轉載荷作用下的屈曲褶皺構型及屈前屈后振動模態(tài)，與相應的數值分析結果進行對比，對存在的誤差給出了解釋。
　　利用數值計算方法對兩種增強方向不同的極正交各向異性圓環(huán)薄膜結構進

4、行了屈曲分析，與各向同性圓環(huán)薄膜結構的臨界屈曲載荷及屈曲模態(tài)進行對比，找到了一定的規(guī)律。通過非線性屈曲分析，對比了在某一確定載荷作用下極正交各向異性圓環(huán)薄膜結構與各向同性圓環(huán)薄膜結構的屈曲褶皺構型的異同。此外，對屈曲前和屈曲后的極正交各向異性圓環(huán)薄膜結構進行模態(tài)分析，與各向同性圓環(huán)薄膜結構的屈前屈后振動頻率、模態(tài)進行對比，驗證了規(guī)律的一致性。
　　通過理論分析研究了圓環(huán)薄膜結構在中心扭轉載荷作用下的屈曲起皺。對極正交各向異性圓環(huán)薄