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：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)展近幾十年人類對外太空的探索越來越頻繁。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)測量精確度。為避免薄膜褶皺帶來不利影響，大量的人員開始研究薄膜褶皺產(chǎn)生的機理、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)為是一種大變形問題，可以通過非線性微分方程來描述。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理論為基礎(chǔ)，初始分析時認(rèn)為薄膜沒有彎曲剛度，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單的形狀，對于一些復(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里面的殼單元來模擬薄膜拉伸產(chǎn)生的褶皺。本文的研究重點為拉伸薄膜的前屈曲和后屈曲，通過對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，通過等值線圖發(fā)現(xiàn)薄膜最不穩(wěn)定的長寬尺寸比例為2。對薄膜尺寸進(jìn)行定性分析發(fā)現(xiàn)隨著長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。對不同長寬比值下薄膜

4、的第一階屈曲模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)長寬比值小于3時屈曲位置在中心處，當(dāng)長寬比值大于3屈曲位置往兩端平移。對相同尺寸的薄膜進(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，隨著長寬比值的增加最大壓應(yīng)力先增加后減小。通過對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，波長逐漸減小。隨著長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)。通過對不同尺寸下薄膜褶皺的分析得出的結(jié)果給出三點建議如何抑制褶皺：(1)增加厚度；(2