金屬薄膜折紙結(jié)構(gòu)的彈塑性后屈曲分析
發(fā)布時間：2020-12-22 13:43
由于近年來興起的折紙結(jié)構(gòu)的折疊方式和成型特點與工程中的許多結(jié)構(gòu)成型方法極其相似,工程折紙技術(shù)越來越受到關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程需求的不斷增加,折紙技術(shù)已成為當(dāng)下研究的熱點,各種新穎的折紙結(jié)構(gòu)和折紙機構(gòu)不斷涌現(xiàn),折紙材料的發(fā)展也是日新月異,并有從彈性材料向彈塑性材料擴展的趨勢。本文以折紙技術(shù)為背景,基于大變形后屈曲理論,研究了彈性及彈塑性條件下不同梁結(jié)構(gòu)的后屈曲行為,得出了力學(xué)參數(shù)、幾何參數(shù)和荷載參數(shù)對結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響,從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)進行精確的調(diào)控,對指導(dǎo)工程實踐具有重要的參考意義。本文給出了金屬梁結(jié)構(gòu)后屈曲的理論公式,并在此基礎(chǔ)上研究了多級屈曲、復(fù)合材料屈曲以及設(shè)計了各種新穎的折紙結(jié)構(gòu)。在彈性梁大變形后屈曲的基礎(chǔ)上,引入塑性階段,通過分析梁的長度、寬度、厚度等幾何因素和彈性模量等力學(xué)因素對梁的屈曲的影響,定量給出金屬梁在后屈曲過程中的形態(tài)變化。以此為指導(dǎo),研究了許多特殊的梁結(jié)構(gòu)。基于彈性大變形后屈曲理論,研究了梁的二級屈曲問題,并通過改變剛度比、寬度比和壓縮位移比等因素來確定不同參數(shù)對二級屈曲最終形態(tài)的影響。對于沿橫截面材料分布為“硬-軟-硬-硬”的復(fù)合結(jié)構(gòu)梁,通過計算等效剛度來確...
【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
梁屈曲折紙結(jié)構(gòu)
圖 1.1 蜂窩結(jié)構(gòu)成型過程[2]是通過折紙技術(shù)得到的具有一定功能的穩(wěn)定的平面或空間體系。構(gòu)取決于原本的幾何形狀和既定的折疊方式，一旦選定，其結(jié)果不是僅僅通過實驗設(shè)計就能得到，還必須滿足一定的數(shù)學(xué)原理[31, 一直以來，有些學(xué)者致力于設(shè)計各種各樣的折紙結(jié)構(gòu)，以滿足更[1, 2, 33]、非正常變形機制的多尺度結(jié)構(gòu)[34, 35]、高性能芯夾層結(jié)構(gòu)[構(gòu)[37-39]（如圖 1.2 所示）等。
其中還涉及了光刻和平面加工技術(shù)，使得到的三維結(jié)構(gòu)從基體上完整地脫離下來，如圖1.3(a)所示。基體的圖案和厚度可以通過不同的前處理參數(shù)（如紫外線曝光強度、曝光后烘烤時間）和控制紫外線曝光的光罩來調(diào)節(jié)。通過這種方法，可以得到獨立網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和類孔雀結(jié)構(gòu)，掃描電子顯微鏡圖像(SEM)和有限元結(jié)果如圖 1.3(b)所示。實驗和有限元仿真的結(jié)果均表明，如果基體的剛度比上方三維結(jié)構(gòu)的剛度大十倍以上，那么該結(jié)構(gòu)將保持三維細觀結(jié)構(gòu)不變。具有足夠大的彎曲剛度的基底在釋放應(yīng)變之后容易隨三維細觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變形�；w的彎曲變形主要是由于細觀結(jié)構(gòu)屈曲后殘余應(yīng)力的恢復(fù)，這一過程可以看作是一個二級屈曲過程。對這種二級屈曲現(xiàn)象的理解對于與該方法相關(guān)的加工參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)計至關(guān)重要。盡管存在許多關(guān)于薄膜結(jié)構(gòu)后屈曲行為的理論模型[52, 73, 84-86]，但它們主要集中在壓縮屈曲的單一過程，不能直接用于分析上述二級屈曲過程，這一過程涉及到從上部三維結(jié)構(gòu)到基體的能量轉(zhuǎn)換過程。圖 1.3 獨立三維介觀結(jié)構(gòu)成型示意圖[80]1.2.3 彈性模量懸殊的復(fù)合梁的后屈曲在電子器件的設(shè)計和制備過程中，常常會用到楊氏模量相差好幾個數(shù)量級的層疊材料，如儲能設(shè)備[87]，柔性電子器件[88]，手機屏幕[89]，傳感器[90]等。而對于這類結(jié)構(gòu)的彎曲和后屈曲理論的研究非常匱乏
【參考文獻】：
期刊論文
[1]疊梁的應(yīng)力分析與實驗[J]. 趙至善,張文榮,周雪峰. 重慶工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2008(03)
[2]區(qū)間軌道結(jié)構(gòu)雙層疊合交叉梁系力學(xué)模型研究[J]. 岳渠德,姜福香,李向國. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計. 2002(12)
本文編號：2931863
【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
梁屈曲折紙結(jié)構(gòu)
圖 1.1 蜂窩結(jié)構(gòu)成型過程[2]是通過折紙技術(shù)得到的具有一定功能的穩(wěn)定的平面或空間體系。構(gòu)取決于原本的幾何形狀和既定的折疊方式，一旦選定，其結(jié)果不是僅僅通過實驗設(shè)計就能得到，還必須滿足一定的數(shù)學(xué)原理[31, 一直以來，有些學(xué)者致力于設(shè)計各種各樣的折紙結(jié)構(gòu)，以滿足更[1, 2, 33]、非正常變形機制的多尺度結(jié)構(gòu)[34, 35]、高性能芯夾層結(jié)構(gòu)[構(gòu)[37-39]（如圖 1.2 所示）等。
其中還涉及了光刻和平面加工技術(shù)，使得到的三維結(jié)構(gòu)從基體上完整地脫離下來，如圖1.3(a)所示。基體的圖案和厚度可以通過不同的前處理參數(shù)（如紫外線曝光強度、曝光后烘烤時間）和控制紫外線曝光的光罩來調(diào)節(jié)。通過這種方法，可以得到獨立網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和類孔雀結(jié)構(gòu)，掃描電子顯微鏡圖像(SEM)和有限元結(jié)果如圖 1.3(b)所示。實驗和有限元仿真的結(jié)果均表明，如果基體的剛度比上方三維結(jié)構(gòu)的剛度大十倍以上，那么該結(jié)構(gòu)將保持三維細觀結(jié)構(gòu)不變。具有足夠大的彎曲剛度的基底在釋放應(yīng)變之后容易隨三維細觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變形�；w的彎曲變形主要是由于細觀結(jié)構(gòu)屈曲后殘余應(yīng)力的恢復(fù)，這一過程可以看作是一個二級屈曲過程。對這種二級屈曲現(xiàn)象的理解對于與該方法相關(guān)的加工參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)計至關(guān)重要。盡管存在許多關(guān)于薄膜結(jié)構(gòu)后屈曲行為的理論模型[52, 73, 84-86]，但它們主要集中在壓縮屈曲的單一過程，不能直接用于分析上述二級屈曲過程，這一過程涉及到從上部三維結(jié)構(gòu)到基體的能量轉(zhuǎn)換過程。圖 1.3 獨立三維介觀結(jié)構(gòu)成型示意圖[80]1.2.3 彈性模量懸殊的復(fù)合梁的后屈曲在電子器件的設(shè)計和制備過程中，常常會用到楊氏模量相差好幾個數(shù)量級的層疊材料，如儲能設(shè)備[87]，柔性電子器件[88]，手機屏幕[89]，傳感器[90]等。而對于這類結(jié)構(gòu)的彎曲和后屈曲理論的研究非常匱乏
【參考文獻】：
期刊論文
[1]疊梁的應(yīng)力分析與實驗[J]. 趙至善,張文榮,周雪峰. 重慶工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2008(03)
[2]區(qū)間軌道結(jié)構(gòu)雙層疊合交叉梁系力學(xué)模型研究[J]. 岳渠德,姜福香,李向國. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計. 2002(12)
本文編號：2931863
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