折叠材料设计与力学性能分析

摘要

根据折纸镶嵌设计法分别对分段锥形折叠结构和 Resch图案折叠结构的几何构型进行了研究，并分析了几何参数对折叠构型的影响。结果表明，边长参数和折叠角度的变化对分段锥形折叠结构的内、外轮廓的形状均有影响，在特定参数下，分段锥形折叠结构的内、外轮廓为具有双曲率的曲面；平面角度参数对 Resch图案折叠结构在折叠过程中的内、外轮廓形状以及折叠结构的高度有非常大的影响。
　　使用解析方法研究了折线和曲线折叠超材料的几何构型，推导了超材料的泊松比和刚度公式。分析了角度参数和长度参数对折线折叠超材料的力学性能的影响，阐明了结构参数与力学性能之间的规律。结果表明，曲线折叠超材料存在负的面内泊松比和面外泊松比；不同的堆叠方式对多层折叠超材料的刚度有非常大的影响，在大部分情况中，折线折叠超材料的刚度在折叠角度的最小值处趋近于无穷。
　　通过试验和数值两种方法研究了热塑性折叠芯材的力学性能，并且提出了一种热塑性折叠芯材的制备方法。分析了折纹图案和折叠参数对折叠芯材夹层结构的力学性能的影响规律，并且比较了热塑性材料和热固性材料折叠芯材的压缩和剪切性能。结果表明，芳纶纸折叠芯材具有比 PEEK折叠芯材更高的压缩、剪切刚度和强度，而 PEEK折叠芯材则具有更好的能量吸收性能。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

第二章 折叠结构研究方法

2.1折纸原理的基本理论

2.2折叠结构的设计方法

2.3折叠芯材夹层结构的分析方法

2.4本章小结

第三章 折叠结构的几何设计

3.1分段锥形折叠结构的几何设计

3.2 Resch图案折叠结构的几何设计

3.3本章小结

第四章 折叠超材料力学性能的解析表达

4.1折叠超材料的折纹图案

4.2折线折叠超材料的力学性能

4.3曲线折叠超材料的力学性能

4.4力学性能的参数分析

4.5本章小结

第五章 热塑性折叠芯材的试验和数值分析

5.1材料性能试验

5.2热塑性折叠芯材夹层结构的试验研究

5.3热塑性折叠芯材夹层结构的数值模拟

5.4折叠芯材夹层结构的参数分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1主要工作与结论

6.2创新点

6.3研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文