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文檔簡介
1、反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)作為一種新型的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)主要由碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料通過反對(duì)稱鋪設(shè)制備而成。作為可伸縮和可延展結(jié)構(gòu),其具有兩種穩(wěn)定狀態(tài),能夠在外部加載時(shí)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)態(tài),且其中的任一穩(wěn)定狀態(tài)不需要持續(xù)的能量輸入來維持。由于本身具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)和可變形的優(yōu)點(diǎn),在智能可變形結(jié)構(gòu)和能量收集等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。
然而,以雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)制造而成的產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中不可避免地會(huì)受到
2、周圍變化的環(huán)境(例如溫度和濕度等)的影響。同時(shí),雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有初始缺陷時(shí)會(huì)對(duì)其雙穩(wěn)態(tài)特性造成較大的影響。文獻(xiàn)調(diào)研表明,以上因素對(duì)反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼的影響研究相對(duì)比較缺乏。因此,使用理論分析、有限元模擬以及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究溫度和濕度影響下的反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼的雙穩(wěn)態(tài)特性;此外,采用有限元模擬方法研究具有初始缺陷的反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼的雙穩(wěn)態(tài)特性。具體的研究內(nèi)容如下:
1.在經(jīng)典層合板理論的基礎(chǔ)上考慮溫度和濕度的影響,推導(dǎo)出
3、溫度和濕度影響下的雙穩(wěn)態(tài)理論模型。通過最小勢(shì)能原理預(yù)測(cè)反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)在溫度和濕度影響下的第一穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的扭曲率變化情況,以及第二穩(wěn)態(tài)曲率和扭曲率變化情況。最終,提出了一種通過溫濕調(diào)控兩個(gè)穩(wěn)態(tài)扭曲率的方法,并在理論上驗(yàn)證了其可行性。
2.通過把不同反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼試件浸泡在不同時(shí)間段、不同溫度的水浴鍋中以達(dá)到不同的溫度和濕度,之后在帶溫控箱的拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加載,同時(shí)得到結(jié)構(gòu)形狀尺寸。進(jìn)而得到不同溫度和濕度下突變過程(Sna
4、p-through過程)的載荷—位移曲線,以及主曲率和扭曲率變化信息。此外,單獨(dú)考慮濕度影響進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn),得到其不同濕度下Snap-through過程的載荷—位移曲線和圓柱殼形狀尺寸變化規(guī)律。
3.通過有限元軟件ABAQUS進(jìn)行反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)在不同溫度和濕度環(huán)境下穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變過程的模擬,得到在不同溫度和濕度環(huán)境下Snap-through過程的載荷—位移曲線以及兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的主曲率和扭曲率變化情況。最后,有限元模擬和理論、實(shí)驗(yàn)
5、三者進(jìn)行了對(duì)比,有限元模擬和理論結(jié)果對(duì)比誤差較小,而與實(shí)驗(yàn)對(duì)比誤差相對(duì)較大。
4.使用有限元軟件ABAQUS對(duì)不同初始缺陷的反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變的模擬,考慮包括多余樹脂層缺陷、厚度缺陷、鋪設(shè)角缺陷等初始缺陷因素。模擬結(jié)果表明這三種初始缺陷對(duì)圓柱殼結(jié)構(gòu)第二穩(wěn)態(tài)曲率和扭曲率,以及穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變載荷造成不同程度的影響。對(duì)于部分特殊初始缺陷的反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼,結(jié)合有限元模擬和理論分析方法進(jìn)行對(duì)比研究,兩者趨勢(shì)上對(duì)比吻合程度較好。
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