各向同性殼體結(jié)構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)特性分析和數(shù)值模擬.pdf

1、雙穩(wěn)態(tài)殼結(jié)構(gòu)可以在伸展和卷攏兩種狀態(tài)下均保持穩(wěn)定，作為一種新型可展開結(jié)構(gòu)，其在航空航天和機(jī)械等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文研究了各向同性柱殼的雙穩(wěn)態(tài)特性。對(duì)具有初始應(yīng)力的彈性柱殼、雙層柱殼以及具有殘余應(yīng)力的理想彈塑性材料的柱殼的雙穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行了理論分析，并采用ABAQUS軟件對(duì)結(jié)構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。表征結(jié)構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)特征的卷曲半徑的理論解和數(shù)值模擬結(jié)果相吻合。論文的主要工作和結(jié)論如下：
　　 對(duì)于各向同性彈性柱殼，建立了各向

2、同性彈性柱殼的力學(xué)模型，基于最小勢(shì)能原理導(dǎo)出了柱殼實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的條件。結(jié)果表明，對(duì)于存在初始應(yīng)力的柱殼，當(dāng)初始應(yīng)力滿足一定條件時(shí)，柱殼具有雙穩(wěn)態(tài)特性，且兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)應(yīng)的曲率方向相反，這與一般反對(duì)稱鋪層復(fù)合材料層合殼雙穩(wěn)態(tài)曲率方向相同的情況不同。然而，對(duì)于無初始應(yīng)力的柱殼，雖然變形過程中有兩個(gè)平衡狀態(tài)，且第一個(gè)平衡狀態(tài)為柱殼的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，但第二個(gè)平衡狀態(tài)為不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，即表明柱殼結(jié)構(gòu)不存在雙穩(wěn)態(tài)，這與已有結(jié)論吻合。
　　 進(jìn)一

3、步，研究了殼體的邊界效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，計(jì)及邊界效應(yīng)的殼體其第二個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)應(yīng)的卷曲半徑將變大，且更接近數(shù)值模擬的結(jié)果。殼體圓弧圓心角較小時(shí)，邊界效應(yīng)的影響相對(duì)較大。
　　 同時(shí)，對(duì)于由兩個(gè)不同曲率的柱殼合成的雙層殼，已有的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其具備雙穩(wěn)態(tài)特性。本文建立了預(yù)應(yīng)力影響的雙層殼的雙穩(wěn)態(tài)模型，獲得了結(jié)構(gòu)應(yīng)變能的表達(dá)式，計(jì)算證實(shí)結(jié)構(gòu)存在雙穩(wěn)態(tài)。通過與數(shù)值模擬結(jié)果比較，驗(yàn)證了理論模型的正確性。
　　 對(duì)于理想彈塑性柱殼，通