柔性膜条增强蒙皮的承力性能研究

摘要

在航天航空器等充气结构上已经越来越多地使用薄膜结构。为了满足充气结构表面薄膜材料强度要求、轻量化要求和构形要求,本文提出一种新型结构称为柔性膜条增强蒙皮,由纯膜结构表面附加一层由柔性膜条构成的网结构。本文针对柔性膜条增强蒙皮的承力性能开展的研究对薄膜材料在航空航天器上的应用具有重要意义。
　　首先,进行了纯膜材料的拉伸性能及褶皱特性分析。利用LS-DYNA对纯膜进行拉皱分析,即在拉伸载荷作用下分析褶皱的参数变化;以具有单体的纯膜充气机翼为对象,进行充压膨胀的数值分析,获得形面精度控制量RMS和应变特征。
　　然后,分析了柔性膜条增强蒙皮的承载及褶皱性能。利用LS-DYNA对柔性膜条增强蒙皮进行拉皱分析,评估其承载效能;进行参数影响规律分析,分析柔性膜条增强蒙皮的力学性能随参数,即膜条间距、角度和膜条宽度的变化规律;对具有柔性膜条增强的柔性机翼进行充压数值分析,并与没有膜条结构的充气机翼比较。
　　最后,对柔性膜条增强蒙皮承载性能进行了实验分析。对纯膜和柔性膜条增强蒙皮进行拉伸试验,获得拉伸-载荷曲线及抗拉刚度。用基于DIC技术的VIC-3D进行应变测试。对纯膜结构和柔性膜条增强蒙皮进行单向拉伸非接触数字测量实验。此外,对充气机翼进行充气试验测量其应变分布和平均变形。
　　本文通过实验和理论分析可得到如下结论:柔性膜条增强蒙皮的使用可以使得薄膜材料的承载效率大幅度增加,使得结构的应力分布均匀化;可以有效控制薄膜材料的褶皱;可以有效控制充气机翼的构形、降低膜面应力。
　　柔性膜条增强蒙皮应用到充气结构上可以大幅增加充气压力,使充气结构在更高的高度上停留;对蒙皮的要求也降低,因此可以降低蒙皮的厚度同时也降低了重量。该结构能实现薄膜材料轻量化的目的。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2柔性索网增强材料的应用

1.3薄膜结构承力性能的研究现状

1.4本文研究的主要内容

第2章 纯膜的拉伸性能及褶皱特性分析

2.1引言

2.2基于显式时间积分法的薄膜拉伸性能分析

2.3 纯膜的单向拉伸性能分析

2.4纯膜的褶皱特性分析

2.5纯膜充气机翼的膨胀变形特性分析

2.6本章小结

第3章 柔性膜条增强蒙皮的承载及褶皱性能分析

3.1引言

3.2柔性膜条增强蒙皮的设计

3.3柔性膜条增强蒙皮的力学性能预报

3.4柔性膜条增强蒙皮的单向拉伸性能和褶皱特性分析

3.5柔性膜条增强蒙皮双向变载荷褶皱特性分析

3.6由柔性膜条增强蒙皮制成的机翼的膨胀变形特性分析

3.7本章小结

第4章 柔性膜条增强蒙皮承载及褶皱性能实验分析

4.1引言

4.2纯膜和柔性膜条增强蒙皮的单向拉伸试验

4.3纯膜和柔性膜条增强蒙皮的非接触应变测试

4.4纯膜和柔性膜条增强蒙皮充气机翼的膨胀变形测试

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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