受扭圆环膜褶皱影响因素的数值分析

薄膜广泛应用于土木工程中的大跨建筑结构以及航空航天领域的空间可展结构.由于其厚度薄、抗弯刚度小,在压应力作用下会形成褶皱.褶皱变形对薄膜结构的表面精度以及力学特性产生重要影响.为了深入认识薄膜的褶皱行为,探究褶皱因素的影响作用及其影响机理,以受扭圆环膜为研究对象,采用基于板壳稳定理论的褶皱模型,借助有限元方法,深入分析了褶皱变形特征随边界条件、预张力、薄膜厚度以及材料常数等因素的变化规律.

受扭圆环薄膜褶皱变形的试验研究

通过对圆环薄膜进行受扭试验,研究薄膜的褶皱变形机理及其随影响因素的变化规律。为减小边界条件的误差扰动,研发高精度试验装置。通过砝码和同步装置对圆环膜施加预张力,借助旋转平台施加扭矩,采用激光位移传感器对褶皱变形进行非接触测量,主要研究边界条件、预张力以及膜厚等因素对薄膜褶皱变形及其特征参数的影响规律。结果表明:随着扭转角的增加,褶皱幅值逐渐增大,由于没有二次屈曲发生,褶皱数量和褶皱半波长没有明显变化;增大预张力能够有效提高薄膜刚度,从而褶皱幅值和褶皱半波长减小,但使褶皱数量增多;膜厚增加能够提高薄膜的抗弯刚度,在相同扭转角和预张力的情况下,褶皱数量减少,但使得褶皱幅值和褶皱半波长增大。研究成果揭示褶皱因素对褶皱变形的影响规律,有助于通过其影响特性对薄膜褶皱变形进行有效控制,保证薄膜结构的形面精度。

基于稳定理论的剪切薄膜屈曲分析

依据大挠度屈曲理论,考虑沿褶皱方向张拉应力对薄膜结构的影响,推导出了屈曲后的褶皱构形参数表达式,并结合试验结果对所得公式进行了简化.采用该公式对剪切位移载荷作用下平面张拉薄膜的屈曲现象进行分析.通过与已有文献公式以及ABAQUS数值分析结果和试验结果进行比较,从而验证了该公式的有效性和合理性.

矩形薄膜褶皱影响因素试验研究

薄膜广泛应用于土木工程和航空航天工程领域。薄膜因荷载引起的褶皱变形会随多种因素的影响而呈现不同的变化特征,但目前相关研究较少。为此,通过矩形薄膜受剪试验,研究薄膜结构的褶皱影响因素及其对褶皱特征参数的影响规律。为减小边界条件的误差扰动,研发高精度的试验装置。借助千分尺施加预张位移和剪切位移,采用激光位移传感器对褶皱变形进行非接触测量。根据褶皱幅值、角度、半波长和数量等特征参数的变化情况,研究剪切位移、预张位移、薄膜厚度等因素对褶皱变形的影响。结果表明:随着剪切位移的增加,褶皱幅值增大,褶皱数量增多而褶皱半波长减小,而褶皱角度未见明显变化;预张位移的增加能够显著减小褶皱幅值和半波长,但使褶皱角度增大、褶皱数量增多;增加薄膜厚度能够有效减小褶皱数量,但使褶皱幅值和半波长增大,而对褶皱角度的影响却很小。