矩形受剪切空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析

薄膜因其厚度薄、抗弯刚度小,当外载荷产生的压应力超过临界压应力时,会出现局部屈曲现象而形成褶皱.褶皱的出现不仅会影响薄膜结构的表面精度,还会改变结构的应力分布状态,进而影响结构的静力和动力特性.研究褶皱的影响因素及其机理,对准确预测薄膜褶皱变形、有效控制或消除褶皱变形,具有重要的意义.本文对矩形受剪切空间薄膜的褶皱进行数值分析.首先,运用非线性屈曲法、直接干扰法以及显式动力法分别对薄膜结构的褶皱进行分析,研究褶皱的数量、褶皱的几何信息与分布情况,并通过与实验结果的对比,验证数值分析方法的正确性.其次,在非线性屈曲法、直接干扰法和显式动力法中选取最合适的方法,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,在不同网格密度、不同膜材厚度和不同加载条件下对矩形薄膜受剪切褶皱进行进一步分析,以分析薄膜结构的能量和应力分布,具体包括应变能密度分布、整个薄膜所具有的能量以及主应力分布情况.本研究可为空间薄膜结构褶皱的进一步研究、薄膜结构膜材的选择以及形状控制等提供参考.