【摘要】：柔性薄膜因其輕質(zhì)、柔性的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用到航天工程、柔性微電子等領(lǐng)域,在人類社會生活中扮演著越來越重要的角色。褶皺是薄膜結(jié)構(gòu)中最為常見的一種形態(tài),其對薄膜結(jié)構(gòu)有著重要的影響,在航空航天領(lǐng)域中褶皺的產(chǎn)生被認(rèn)為是一種失效形式。與其在航天工程中的應(yīng)用有所不同,在柔性微電子領(lǐng)域,褶皺的存在對柔性薄膜電路結(jié)構(gòu)本身是有利的,通過對薄膜褶皺的控制,可以調(diào)節(jié)柔性薄膜器件的性能。在不同的領(lǐng)域中,對薄膜褶皺的存在、薄膜褶皺的分布區(qū)域甚至褶皺幅值都有著不同的要求。本文以此為研究背景,進(jìn)行了以下三方面的研究工作:在實(shí)驗(yàn)方面,采用數(shù)字散斑測試系統(tǒng)及配備恒溫試驗(yàn)箱的拉伸試驗(yàn)機(jī),對不同溫度條件下的Kapton薄膜標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn),得到材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線,并計算出不同溫度下的材料彈性模量,為后續(xù)數(shù)值模擬提供材料參數(shù)。對不同溫度及不同厚度條件下的方膜進(jìn)行拉伸褶皺實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)得到不同溫度下薄膜褶皺波長,褶皺幅度,確定發(fā)生褶皺的皺曲臨界載荷等。研究溫度、厚度等因素對薄膜褶皺細(xì)節(jié)的影響。并對薄膜結(jié)構(gòu)中褶皺的產(chǎn)生以及演變過程進(jìn)行研究。文中還對不同開孔數(shù)量的方形薄膜進(jìn)行了拉伸實(shí)驗(yàn),研究不同開孔數(shù)對薄膜褶皺的影響。實(shí)驗(yàn)采用的數(shù)字圖像相關(guān)方法通過捕捉薄膜表面特征散斑變形前后的位置變化,得到特征散斑的位移。在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中,涉及坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換,通過MATLAB軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,可以有效減小實(shí)驗(yàn)誤差。在數(shù)值模擬方面,首先介紹薄膜褶皺數(shù)值模擬的相關(guān)理論。利用ABAQUS軟件,基于線彈性材料模型建立了方膜數(shù)值模型,對方膜拉伸褶皺問題進(jìn)行有限元非線性仿真分析,并將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行了比較分析,驗(yàn)證了數(shù)值模擬的正確性。同時,對帶孔薄膜豎直拉伸及矩形膜剪切進(jìn)行了褶皺變形數(shù)值模擬。本文還對薄膜褶皺變形數(shù)值模擬的收斂性進(jìn)行了分析,給出了提高收斂性的建議和措施。
【圖文】：

1 緒 論1.1 研究背景及意義1.1.1 柔性薄膜在航天工程中的應(yīng)用隨著航天工程的大力發(fā)展，，超大超輕型空間結(jié)構(gòu)越來越受關(guān)注，柔性薄膜因其輕質(zhì)、可折疊和易展開等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，已經(jīng)被廣泛用作空間太陽能電池帆板、大型充氣反射天線和太空防護(hù)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵航天器部件[1,2]。早在上個世紀(jì) 60 年代，Goodyear 公司就為 NASA 研制出了 Echo Balloons 系列充氣衛(wèi)星（圖 1.1），該衛(wèi)星由鍍有鋁層的 Mylar 薄膜制成，直徑為 30 米，并在 1962 年首次完成了航天任務(wù)[3]。1996 年，NASA 在“斯巴達(dá)人”航天器上進(jìn)行了充氣天線實(shí)驗(yàn)（圖 1.2），天線的反射面由 62 個鍍鋁聚酯薄膜膜片組成，形面精度為 1 毫米[4]。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，隨著深空探測任務(wù)對飛行器長時間可持續(xù)運(yùn)載能力需求的日益迫切，很多國家都已開始對太陽帆技術(shù)的論證和研制，從而給空間柔性薄膜結(jié)構(gòu)帶來了更為廣闊的應(yīng)用前景[5]。

1 緒 論1.1 研究背景及意義1.1.1 柔性薄膜在航天工程中的應(yīng)用隨著航天工程的大力發(fā)展，超大超輕型空間結(jié)構(gòu)越來越受關(guān)注，柔性薄膜因其輕質(zhì)、可折疊和易展開等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，已經(jīng)被廣泛用作空間太陽能電池帆板、大型充氣反射天線和太空防護(hù)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵航天器部件[1,2]。早在上個世紀(jì) 60 年代，Goodyear 公司就為 NASA 研制出了 Echo Balloons 系列充氣衛(wèi)星（圖 1.1），該衛(wèi)星由鍍有鋁層的 Mylar 薄膜制成，直徑為 30 米，并在 1962 年首次完成了航天任務(wù)[3]。1996 年，NASA 在“斯巴達(dá)人”航天器上進(jìn)行了充氣天線實(shí)驗(yàn)（圖 1.2），天線的反射面由 62 個鍍鋁聚酯薄膜膜片組成，形面精度為 1 毫米[4]。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，隨著深空探測任務(wù)對飛行器長時間可持續(xù)運(yùn)載能力需求的日益迫切，很多國家都已開始對太陽帆技術(shù)的論證和研制，從而給空間柔性薄膜結(jié)構(gòu)帶來了更為廣闊的應(yīng)用前景[5]。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V414.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2622973