基于显式动力法薄膜褶皱有限元分析

论文摘要

近年来,薄膜结构这一新的结构形式迅速发展并已经被广泛应用,各式各样的大型薄膜结构层出不穷。由于薄膜这一材料本身的抗弯刚度很弱,而且厚度往往远小于平面尺寸,这就导致褶皱极易出现。褶皱是薄膜结构中最常见的一种行为,也是薄膜结构应用中不可避免的重要问题。褶皱的出现对结构的性能、功能、美观上都会产生负面影响。因此,深入研究褶皱的形成机理、发展规律、影响因素、应力与能量以及其控制方法等对膜结构的研究工作都具有十分重要的意义。目前,对膜结构褶皱行为研究的常用理论方法主要张力场理论、屈曲理论等;常用的研究方法包括有限元仿真模拟法和实验法。本文采用非线性有限元软件ABAQUS,对经典矩形受剪切模型和环形受扭转模型进行仿真模拟。首先,与实验结果对比验证了三种模拟方法的正确性并对模拟结果的精确性做了简要探讨,结果表明三种模拟方法的准确度和精确性足以满足研究要求;其次,单独改变某个影响因素,保持其他条件不变,分别探讨了网格划分精密程度、膜材厚度以及形变量对主应力、弹性应变能的影响,我们发现膜材厚度和形变量对主应力和弹性应变能的影响较大,网格划分对主应力和弹性应变能的影响较小;最后,分别建立基本模型与局部增厚模型,通过对两种模型褶皱平衡位置倾斜角、面外变形情况、褶皱幅值的对比分析了局部增厚对薄膜结构精度的控制作用,分析可知局部增厚对薄膜结构精度控制有着明显的效果。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外薄膜结构及褶皱应用现状
•     1.2.1 国内外薄膜结构应用现状
•     1.2.2 国内外薄膜结构褶皱研究现状
•   1.3 课题研究意义与研究内容
•     1.3.1 研究意义
•     1.3.2 研究内容
• 第2章 薄膜结构褶皱研究理论与数值方法
•   2.1 概述
•   2.2 薄膜结构褶皱研究理论
•     2.2.1 张力场理论
•     2.2.2 薄壳理论
•     2.2.3 基于渐变傅里叶级数方法
•     2.2.4 有限质点理论
•   2.3 薄膜褶皱的有限元分析方法
•     2.3.1 非线性屈曲法
•     2.3.2 直接扰动法
•     2.3.3 显式动力法
•     2.3.4 三种方法的实例验证比较
•   2.4 本章小结
• 第3章 基于显式动力法的环形扭转褶皱主要影响因素有限元分析
•   3.1 概述
•   3.2 基本模型
•   3.3 建模方法
•   3.4 结果分析与讨论
•     3.4.1 不同网格尺寸
•     3.4.2 不同膜材厚度
•     3.4.3 不同扭转角度
•   3.5 本章小结
• 第4章 基于显式动力法的矩形受剪切空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析
•   4.1 概述
•   4.2 实验概况
•   4.3 有限元模型
•   4.4 矩形受剪切薄膜褶皱弹性应变能与主应力分析
•     4.4.1 主应力和薄膜应变能
•     4.4.2 不同网格密度下褶皱主应力与弹性应变能比较
•     4.4.3 不同膜材厚度下主应力与弹性应变能比较
•     4.4.4 不同剪切位移下主应力与弹性应变能比较
•     4.4.5 褶皱细部位置弹性应变能与主应力分布
•   4.5 本章小结
• 第5章 局部增厚对薄膜结构精度控制的有限元分析
•   5.1 概述
•   5.2 经典环形受扭实验模型
•     5.2.1 基本模型
•     5.2.2 局部增厚模型
•   5.3 有限元模型的建立
•   5.4 分析与讨论
•     5.4.1 平衡位置倾斜程度
•     5.4.2 面外变形情况
•     5.4.3 褶皱幅值
•   5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与参与科研项目情况
•   一 攻读硕士学位期间发表的主要学术论文
•   二 参与的主要科研项目
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 章桥

导师: 肖潇,石磊

关键词: 薄膜结构,褶皱,矩形受剪切实验,环形受扭转实验

来源: 南华大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,工业通用技术及设备,建筑科学与工程

单位: 南华大学

分类号: TB115;TU311.3

DOI: 10.27234/d.cnki.gnhuu.2019.000608

总页数: 68

文件大小: 4259K

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