Kapton薄膜折叠力学行为分析与试验

基于线弹性工程理论对S型折叠模型进行了研究,推导得到相邻接触薄膜反弹力与薄膜间距的关系式.利用ABAQUS,采用隐式静力法对薄膜折叠过程进行了数值模拟.采用连续加载和分级加载对50和125μm薄膜进行弹性返复与弹塑性返复折叠试验,测得了薄膜反弹力与薄膜间距的关系曲线和薄膜折叠间距的蠕变量.通过单轴拉伸试验测得薄膜应力应变曲线及其力学参数,并应用于模型的理论分析和数值模拟分析.3种方法所得的薄膜反弹力与薄膜间距的关系曲线具有较好的一致性,表明了一维近似理论的合理性和数值模拟的有效性.     

环氧基形状记忆聚合物超弹-黏弹性本构及大应变率相关性

为探讨环氧基形状记忆聚合物(ESMP)在大应变状态下由材料超弹-黏弹性引起的应力软化-刚化效应及率相关特性,针对玻璃化转变温度(T_g)附近ESMP在发生大变形时表现出的应力软化和刚化效应进行力学本构方程及其试验研究.利用2阶多项式的超弹性本构方程替换广义Maxwell模型中的线弹性胡克定律以考虑大应变条件下材料的刚化效应,构造出超弹-黏弹性本构方程,并在真应变速率恒定的条件下推导出具有解析表达式、便于工程应用的材料参数测定公式;采用分段线性位移曲线逼近指数变化位移曲线,在温度高于T_g点的橡胶态及低于T_g点7℃的状态下,分组进行不同应变率的ESMP单轴拉伸试验;利用试验数据拟合得到推导本构方程的材料参数,并对其相应的拉伸试验进行数值模拟,试验结果与模拟结果较为吻合.结果表明:ESMP具备明显的率相关特性;随着应变速率的增大,ESMP的软化效应及刚化效应有所增强;应变速率大的切线模量总是大于应变速率小的切线模量.     

基于广义Maxwell模型的形状记忆聚合物力学本构

为揭示形状记忆效应的黏弹性力学机制并进行形状记忆过程模拟,先推导出积分形式的广义Maxwell本构方程,再结合时温叠加原理推导出形状记忆过程的形状固定率公式及应力应变演化方程.形状固定率公式显示:增大"固定约束时长/拉伸阶段时长"的比值可增大形状固定率.应变演化方程揭示:随温度降低偏移系数变小,释放约束后应变演化方程中的时间被缩减,使应变恢复速度趋近于0;随温度升高偏移系数变大,对时间的缩减效应减弱,应变发生恢复.应用Abaqus软件的黏弹性力学模型,基于Arrhenius方程和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程,通过二次开发建立形状记忆聚合物结构分析的数值模拟方法.采用环氧基形状记忆聚合物进行拉伸-松弛实验测定数值模拟中需要输入的材料参数,并进行形状记忆过程实验和数值模拟.结果表明,所提数值模拟方法能有效描述形状记忆过程,且针对实验所用的环氧基形状记忆聚合物,Arrhenius方程较WLF方程具有更高的计算精度.     

透镜式薄壁管状空间伸展臂压扁拉扁数值模拟与试验

薄壁管状空间伸展臂是一类基本空间展开折叠结构,具有广泛的应用和研究价值.首先分析了透镜型薄壁管压扁和拉扁机理,给出压扁、拉扁过程数值分析方法,分析了拉扁和压扁过程应力、应变和载荷-位移变化规律,进行了薄壁管拉扁和压扁过程试验,对比分析试验测试结果与计算分析结果,验证模拟分析方法,证明拉扁和压扁为大位移小应变过程.同时,拉扁和压扁过程中薄壁管段应力、应变及载荷-位移都有相似变化规律,反映了薄壁管段的相似特性.     

空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验

空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.