23447.拉伸薄膜褶皺力學(xué)行為的數(shù)值研究

1、碩士學(xué)位論文拉伸薄膜褶皺力學(xué)行為的數(shù)值研究Numericalstudyonwrinklingmechanicalbehaviorofstretchmembrane學(xué)號(hào)：21103044大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著科技的發(fā)展近幾十年人類對(duì)外太空的探索越來(lái)越頻繁。薄膜由于質(zhì)量輕、體積小、易折疊，已經(jīng)成為航天航空領(lǐng)域中不可或缺的一部分，但由于薄膜的彎曲剛度較小，受到外載荷

2、時(shí)容易產(chǎn)生局部不穩(wěn)定而引起褶皺，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)測(cè)量精確度。為避免薄膜褶皺帶來(lái)不利影響，大量的人員開(kāi)始研究薄膜褶皺產(chǎn)生的機(jī)理、形成條件、發(fā)展規(guī)律和如何抑制褶皺的產(chǎn)生。薄膜褶皺被認(rèn)為是一種大變形問(wèn)題，可以通過(guò)非線性微分方程來(lái)描述。薄膜褶皺理論分析有很多種，大部分理論分析都是以張力場(chǎng)理論為基礎(chǔ)，初始分析時(shí)認(rèn)為薄膜沒(méi)有彎曲剛度，但隨著研究的深入發(fā)現(xiàn)薄膜具有較小的彎曲剛度。但理論分析僅適用一些較簡(jiǎn)單的形狀，對(duì)于一些復(fù)雜的形狀和邊界條件理論分析不適用

3、。為此需借助數(shù)值模擬來(lái)研究一些復(fù)雜的形狀，本文采用非線性有限元軟件ABAQUS里面的殼單元來(lái)模擬薄膜拉伸產(chǎn)生的褶皺。本文的研究重點(diǎn)為拉伸薄膜的前屈曲和后屈曲，通過(guò)對(duì)不同尺寸薄膜的前屈曲分析得出不同尺寸下薄膜的臨界屈曲應(yīng)變等值線圖，通過(guò)等值線圖發(fā)現(xiàn)薄膜最不穩(wěn)定的長(zhǎng)寬尺寸比例為2。對(duì)薄膜尺寸進(jìn)行定性分析發(fā)現(xiàn)隨著長(zhǎng)寬比值的增加臨界屈曲應(yīng)變先減小后增加，隨著寬度的增加臨界屈曲應(yīng)變逐漸減小，隨著厚度的增加臨界屈曲應(yīng)變逐漸增大。對(duì)不同長(zhǎng)寬比值下薄膜

4、的第一階屈曲模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)長(zhǎng)寬比值小于3時(shí)屈曲位置在中心處，當(dāng)長(zhǎng)寬比值大于3屈曲位置往兩端平移。對(duì)相同尺寸的薄膜進(jìn)行平面應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)力隨著拉伸應(yīng)變的增加先增加后減小，隨著長(zhǎng)寬比值的增加最大壓應(yīng)力先增加后減小。通過(guò)對(duì)薄膜的后屈曲分析發(fā)現(xiàn)隨著拉伸應(yīng)變的增加褶皺的幅值先增加后減小，波長(zhǎng)逐漸減小。隨著長(zhǎng)寬比值的增加褶皺的最高幅值是先增加后減小最后趨于平穩(wěn)。通過(guò)對(duì)不同尺寸下薄膜褶皺的分析得出的結(jié)果給出三點(diǎn)建議如何抑制褶皺：(1)增加厚度；(2