Prony级数形式的形状记忆聚合物有限应变黏弹性本构模型

为考察形状记忆聚合物（SMPs）的有限应变力学特性,将SMPs材料的弹性响应采用Neo-Hookean超弹性本构方程描述,黏性响应采用Prony级数描述,从经典遗传积分形式的黏弹性本构方程出发,推导出有限应变格式的黏弹性本构方程和相应的材料参数拟合公式.采用环氧基形状记忆树脂（ESMP）进行拉伸-松弛试验,利用推导的公式进行非线性拟合得到本构方程的参数.对不同温度下ESMP的黏弹性力学特性进行试验研究,表明在试验温度范围内随温度升高ESMP的初始模量降低,初始模量中黏性部分所占比例降低,但弹性部分模量值基本不变.针对三维的SMPs结构分析问题,基于所推导本构,应用ABAQUS软件建立数值模拟方法.对拉伸-松弛试验进行数值模拟,结果表明所推导的本构方程用于SMPs的大应变分析中具有较高准确性.此外,所推导的有限应变黏弹性本构方程及参数拟合公式也适用于具有黏弹性特点的其他各向同性高聚物.     

高速公路收费站顶锥膜结构风压分布数值模拟

高速公路收费站采用的顶锥式膜结构在遭遇大风之后,容易出现破坏。对此种类型的膜结构,进行了详细的结构风压分布数值模拟,得到此类结构在锥顶处的风压远远大于常规设计取用的数值,进而阐述了此类膜结构在风荷载作用下的破坏原因。并在后续的设计中对锥顶的形状进行适当的修改来减小其风压系数,采取适当的构造措施来减少破坏的发生。     

建筑涂层织物膜材剪切模量的双轴剪切测试方法

为确定更符合工程需求的建筑涂层织物膜材剪切弹性模量,基于双轴拉伸试验,采用45°偏轴十字型试件,定义名义剪切应力和工程剪切应变,提出了单调剪切加载下,基于剪切线性应变能误差的等效剪切屈服应力确定方法.在此基础上,提出了材料剪切模量低周循环双轴剪切测试方法,采用了等幅周期加载制度,以等效剪切屈服应力作为循环荷载的幅值,对剪应力正负加载上升段曲线线性拟合得到剪切模量.对玻璃纤维织物PTFE涂层膜材试件进行了试验,所得的剪切应力应变滞回曲线规则,线性度高,相比既有方法更符合工程实际.该方法可应用于G类膜材或其他织物增强类膜材.     

碳纤维薄壁杆件空间热辐射分析

碳纤维复合材料以其高强轻质等显著特点广泛应用于航天器的结构设计,以空间可展天线框架结构中的碳纤维复合材料薄壁杆件为研究对象,对其空间热辐射环境下的温度场和热变形进行数值模拟;采用分层实体单元和层合板壳单元两种模型进行计算,比较了两种尺度下的温度场和热变形结果,验证了采用层合板整体正交异性热参数和等效壳单元进行计算的适用性,进而可以为整体结构和复杂杆件的计算提供依据;同时也表明:薄壁构件的在轨温度场下的热变形水平满足空间可展天线的形面精度要求。     

ETFE薄膜双层气枕结构试验研究

首先对ETFE薄膜进行了单向拉伸试验,由应力-应变曲线计算力学参数:屈服强度、屈服应变、切线弹性模量和割线弹性模量.采用两种环氧树脂1∶1质量比制备胶黏剂,实现应变片与ETFE粘结协同,然后对其标定.研制了由荷载模拟、ETFE气枕、压力控制系统和测量系统组成的试验系统.成功地进行了风压、风吸正常承载力试验和极限承载力试验,应用三维扫描仪实现ETFE气枕形态无接触测量,并与数值分析结果进行了对比.本文成果对ETFE气枕设计具有参考价值.     

索杆张力结构力密度找形分析方法

根据索杆张力结构体系特征,建立了一种修正的力密度平衡形态分析方法;基于单纯索网体系力密度法,推导出了索杆自平衡体系力密度平衡方程;根据索杆张力结构的自应力模态、机构位移模态、无约束自平衡条件和力密度矩阵数值特征,推导出了力密度矩阵的秩亏条件,并引入力密度和节点向量线性条件约束索杆结构的几何模型;通过高斯变换降秩法得到满足秩亏的降秩力密度矩阵,并由M-P广义逆矩阵更新了力密度,迭代计算后得到可行力密度;根据一组独立无关坐标和拓扑关系计算了平衡形态位形,最后采用VC++编程实现了算法。结果表明:该方法适用于索杆张力结构的找形分析,具有一定的正确性和有效性。     

预应力纤维材料加固木梁研究

普通纤维加固木结构不能充分利用纤维材料的高强性能，对于构件的变形也不能起到很好的降低作用，而对纤维材料施加一定的预应力将很好解决这些问题，本对预应力纤维材料加固木梁进行了理论分析，给出在预应力条件下粘结应力的解析解，并提出简单实用的预应力施加方法——预弯法，为工程应用打下基础。     

局部双层柱面网壳的形式及其稳定性分析

首先提出柱面网壳局部双层形式的形成方法与原则，给出常见局部双层形式，并分析其构造特点。采用几何非线性有限元理论，对不同网壳形式进行了深入的稳定性分析、参数分析，以及边界支承条件的影响等。本研究结果对实际工程有重要应用价值。     

大型构架式可展开折叠天线结构设计方案研究（一）

本文介绍了大型构架式展开天线关键部件的设计构思，主要包括：天线总体选型、布置，单向折叠展开臂支撑背架，复合剪式铰外环，馈源支架，索网设计与反射面调整，１８０°能量铰等驱动机构。     

新型大变形纯弯曲试验装置与细杆弯曲试验

薄板、薄壳和细杆等是组成复杂工程结构的基本构件,在可展结构等特殊空间结构中会表现出大变形大转角,目前这些分析试验仍是难题.基于四点加载原理,利用自平衡活动弯曲机构,研制了新型纯弯曲试验装置.结合MTS试验机加载,形成有效纯弯试验方法.根据弹性工程理论,推导了纯弯曲率计算公式.最后,进行了GFRP细杆纯弯曲试验和参数分析,得到表征材料弯曲性能的参数,这对实际工程设计应用具有一定参考价值.