【摘要】：大型空間薄膜飛行器發(fā)射前需折疊以滿足其高效收納。薄膜會因折疊產(chǎn)生大量的折痕。這些折痕對薄膜結(jié)構(gòu)的形狀與性能影響顯著,是高精度膜結(jié)構(gòu)(如空間充氣展開天線等)的典型失效模式。另一方面,納米尺度膜結(jié)構(gòu)(如石墨烯膜等)的性能與其表面構(gòu)型密切相關(guān),許多器件都是通過構(gòu)型設(shè)計(如彎折等)來實現(xiàn)性能調(diào)控。而當(dāng)前膜結(jié)構(gòu)彎折相關(guān)的變形機理仍未明確,針對彎折變形的理論分析方法研究有待深入。為此,本論文重點開展薄膜結(jié)構(gòu)的彎折與拉展變形行為研究,并將方法拓展用于石墨烯膜的彎折分析中,對薄膜結(jié)構(gòu)的折疊與展開設(shè)計以及構(gòu)型調(diào)控都具有重要的理論和工程指導(dǎo)意義。本文首先研究了薄膜結(jié)構(gòu)的彎折變形行為�；诖笞冃纹矫鎽�(yīng)變梁理論,考慮冪硬化材料關(guān)系,預(yù)報了薄膜結(jié)構(gòu)進入塑性彎折時的臨界彎折力及臨界彎折間距,獲得了彎折變形中彎折力與彎折間距及彎折構(gòu)型的關(guān)系。通過彎折變形的數(shù)值分析得到了塑性區(qū)的擴展規(guī)律以及彎折臨界角的變化規(guī)律,得到了彎折痕區(qū)域應(yīng)力場的變化特性。研究了帶折痕的薄膜結(jié)構(gòu)的拉展變形行為�；诖笞冃纹矫鎽�(yīng)變梁理論,考慮折痕轉(zhuǎn)動剛度的影響,分析了初始折痕角、彎曲剛度及折痕轉(zhuǎn)動剛度對拉展變形的影響,得到了帶折痕的薄膜結(jié)構(gòu)在拉伸展開變形中彎曲變形、折痕夾角變化及拉伸變形的相互作用關(guān)系。建立了考慮初始復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)的折痕數(shù)值分析模型,研究了拉伸展開變形中折痕處的應(yīng)力變化規(guī)律,獲得了拉伸載荷與展開構(gòu)型的關(guān)系,并分析了折痕對薄膜結(jié)構(gòu)褶皺變形的影響。進行了薄膜結(jié)構(gòu)的彎折與拉展變形的實驗研究。測試了不同厚度薄膜的彎折變形響應(yīng),研究了厚度與彎折力和殘余彎折間距的關(guān)系,獲得了最小彎折間距與折痕殘余角的關(guān)系。基于光學(xué)非接觸測量技術(shù),測試得到了帶折痕薄膜結(jié)構(gòu)的拉伸載荷與展開構(gòu)型的關(guān)系,測定了不同最小彎折間距時折痕的轉(zhuǎn)動剛度。實驗結(jié)果驗證了分析模型的準確性。本文最后將提出的折梁分析模型拓展用于石墨烯膜的彎折與拉展變形行為。基于變剛度Timoshenko梁分子結(jié)構(gòu)力學(xué)模型,修正了石墨烯彈性性能的預(yù)報,并基于分子動力學(xué)方法,模擬分析了石墨烯膜彎折變形中的勢能、應(yīng)力場和彎折構(gòu)型的變化�；谄矫鎽�(yīng)變梁理論,預(yù)報了石墨烯膜的彎折構(gòu)型,得到了與模擬相一致的結(jié)果�；诹豪碚�,分析了表面帶有類折痕的石墨烯膜的拉展變形特性,結(jié)合細觀力學(xué)分析方法,預(yù)報了類折痕結(jié)構(gòu)對氧化石墨烯彈性性能的影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TB383.2
【圖文】：

第 1 章 緒 論研究團隊[29-33]在薄膜結(jié)構(gòu)的太空應(yīng)用方面進行了究了太陽帆薄膜結(jié)構(gòu)的彎折。2008 年針對一種新了一種中心纏繞式彎折方案[30]，通過彎折實驗驗1-2 所示。2010 年，該團隊進一步對該彎折機理進的構(gòu)型特征和受載工況，抽象得到了如圖 1-3 所

提出了一種中心纏繞式彎折方案[30]，通過彎折實驗驗證了方案，如圖 1-2 所示。2010 年，該團隊進一步對該彎折機理進行了研究折過程中的構(gòu)型特征和受載工況，抽象得到了如圖 1-3 所示的彎折模型[31]。圖 1-2 太陽帆的中心纏繞式 Z 型彎折[30]Fig. 1-2 The Z-type folding of central spiral of solar sail[30]

圖 1-4 Z 型彎折的簡化分析模型[32]ig. 1-4 The simplified analysis model of Z-type folding折痕處 Von Mises 應(yīng)力0 Misess與集中力 的測彎折過程中折痕處是否發(fā)生了塑性變形。0 006( )(1 cos ) sinMises a b a bsEP T Qtb 彎折彈性變形階段，并沒有考慮彈塑性彎折，的應(yīng)該是彈塑性彎折變形，因此該理論還有待彈塑性彎折變形。ya 研究團隊根據(jù)幾何對稱性，對彎折 1/2 模究，分析中考慮了材料非線性關(guān)系和接觸關(guān)系薄膜結(jié)構(gòu)的彈塑性彎折試驗研究，試驗結(jié)果驗報結(jié)果的有效性。a 等提出的彎折分析模型，蔡祈耀等[34]認為 起 主 導(dǎo) 作 用 ， 將 模 型 做 了 進 一 步 簡

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

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本文編號：2787890