可變形電子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力屈曲及后屈曲研究

可變形電子技術(shù)在微電子，生物，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。可變形電子技術(shù)以硬質(zhì)薄膜、柔性基底結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。將薄膜粘附在已施加預(yù)應(yīng)變的基底上，然后釋放預(yù)應(yīng)變，致使薄膜發(fā)生屈曲。將薄膜基底結(jié)構(gòu)的屈曲特性應(yīng)用于半導(dǎo)體納米技術(shù)中，便可實(shí)現(xiàn)電子元件的可變形特性。在生產(chǎn)和使用過程中，可變形電子結(jié)構(gòu)都不可避免受到各種外力的沖擊。這些沖擊可能來自化學(xué)反應(yīng)，機(jī)械碰撞，環(huán)境溫度等，并最終體現(xiàn)在薄膜和基底結(jié)構(gòu)受到的隨時(shí)間變化的荷載之中。一般而言，這些荷載包括線性荷載，階躍荷載，脈沖荷載，周期荷載和隨動(dòng)荷載等。類似于靜力屈曲分析，動(dòng)力屈曲同樣需要確定臨界荷載和屈曲模態(tài)。但動(dòng)力屈曲有更豐富的動(dòng)力響應(yīng)，包括沖擊屈曲，振蕩屈曲等，并對(duì)初始條件敏感。除動(dòng)力荷載外，結(jié)構(gòu)還可能受到多種荷載形式。當(dāng)預(yù)應(yīng)變較大，發(fā)生大變形屈曲，原有的小變形假設(shè)不再適用。當(dāng)預(yù)應(yīng)變?yōu)殡p向作用時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生雙軸屈曲，屈曲模態(tài)較單軸的要復(fù)雜。當(dāng)薄膜的厚度很小時(shí)，表面效應(yīng)顯著，不可忽略。這些荷載都會(huì)對(duì)可變形電子結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)和后屈曲行為產(chǎn)生顯著影響。 本項(xiàng)目重點(diǎn)討論了可變形電子結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載下的穩(wěn)定性。通過理論和數(shù)值分析，確定階躍荷載和線性荷載下，可變形電子結(jié)構(gòu)動(dòng)力屈曲模態(tài)和臨界條件，并且分析初始條件對(duì)屈曲特征的影響。本項(xiàng)目也討論了可變形電子結(jié)構(gòu)的雙軸靜力屈曲，大應(yīng)變下可變形電子結(jié)構(gòu)的后屈曲特征，以及表面效應(yīng)對(duì)可變形電子結(jié)構(gòu)屈曲的影響。以上成果，對(duì)于可變形電子技術(shù)的生產(chǎn)制造有參考意義，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和滿足特定的功能要求。 2100433B

可變形電子技術(shù)是當(dāng)前國際電子產(chǎn)業(yè)的前沿技術(shù)，研究可變形電子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力屈曲和后屈曲問題，是具有顯著創(chuàng)新性的前沿課題，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本項(xiàng)目研究可變形電子結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)變速率下的非線性動(dòng)力屈曲和后屈曲問題，研究其臨界荷載、初發(fā)屈曲模態(tài)、初始屈曲時(shí)間，關(guān)注其屈曲變形的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展規(guī)律及其最終屈曲模態(tài)，考慮初始缺陷的重要影響，并研究復(fù)雜應(yīng)力情況下可變形電子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力屈曲問題。本項(xiàng)目將得到可變形電子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力屈曲和后屈曲的特征參量與結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)、幾何參數(shù)和載荷特性的關(guān)系，為可變形電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供重要的理論依據(jù)。

薄壁鋼管分別受徑向動(dòng)力載荷和軸向動(dòng)力載荷下的屈曲分析計(jì)算方法，內(nèi)容以實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合。以薄壁鋼管為研究對(duì)象，對(duì)不同截面及不同排列形式的薄壁鋼管進(jìn)行了動(dòng)力實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算。其中除第1章是對(duì)該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的敘述外，其他章節(jié)內(nèi)容包括薄壁鋼管徑向動(dòng)態(tài)和靜態(tài)實(shí)驗(yàn)、力學(xué)分析、無側(cè)限薄壁鋼管動(dòng)力屈曲四塑性鉸模態(tài)解、排式薄壁鋼管徑向動(dòng)力屈曲模態(tài)解、軸向動(dòng)態(tài)和靜態(tài)實(shí)驗(yàn)、軸向變形計(jì)算、動(dòng)力屈曲應(yīng)變率效應(yīng)等。

第1章 緒論

1.1 薄壁鋼管軸向動(dòng)力屈曲變形

1.1.1 實(shí)驗(yàn)

1.1.2 理論

1.2 薄壁鋼管徑向動(dòng)力屈曲變形

1.2.1 實(shí)驗(yàn)

1.2.2 理論

第2章 薄壁鋼管徑向受力分析及實(shí)驗(yàn)

2.1 圓截面薄壁鋼管力學(xué)分析

2.1.1 圓管受力分析

2.1.2 圓管極值內(nèi)力分析

2.1.3 破壞模態(tài)分析及結(jié)論

2.2 矩形截面薄壁鋼管力學(xué)分析

2.2.1 矩形管受力分析

2.2.2 矩形管極值內(nèi)力分析

2.2.3 破壞模態(tài)分析及結(jié)論

2.3 準(zhǔn)靜態(tài)壓力實(shí)驗(yàn)

2.3.1 單個(gè)圓管壓力實(shí)驗(yàn)

2.3.2 排式圓管壓力實(shí)驗(yàn)

2.3.3 矩形管壓力實(shí)驗(yàn)

2.4 梯度藥量爆炸實(shí)驗(yàn)

2.4.1 薄壁鋼管爆炸實(shí)驗(yàn)

2.4.2 普通鋼管爆炸實(shí)驗(yàn)

第3章 無側(cè)限薄壁鋼管徑向動(dòng)力屈曲變形

3.1 模態(tài)解方法

3.2 單個(gè)圓管動(dòng)力屈曲變形分析

3.2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

3.2.2 基本假定

3.2.3 變形模態(tài)設(shè)定

3.3 單個(gè)圓管動(dòng)力屈曲變形計(jì)算

3.4 多層鋼管動(dòng)力屈曲變形計(jì)算

第4章 排式薄壁鋼管徑向動(dòng)力屈曲變形

4.1 排式圓形截面薄壁鋼管動(dòng)力屈曲變形分析

4.1.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

4.1.2 基本假定

4.1.3 變形模態(tài)

4.1.4 轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)尺寸及塑性鉸位置

4.2 排式圓形截面薄壁鋼管動(dòng)力屈曲變形計(jì)算

4.2.1 動(dòng)力壓扁運(yùn)動(dòng)場(chǎng)

4.2.2 模態(tài)解方程

4.2.3 塑性鉸處塑性彎矩

4.2.4 初始條件

4.2.5 鋼管變形響應(yīng)

4.3 排式矩形截面薄壁鋼管動(dòng)力屈曲變形分析

4.3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

4.3.2 基本假定

4.3.3 變形模態(tài)

4.4 排式矩形截面薄壁鋼管動(dòng)力屈曲變形計(jì)算

4.4.1 動(dòng)力屈曲第一階段

4.4.2 動(dòng)力屈曲第二階段

第5章 薄壁鋼管軸向動(dòng)力屈曲變形

第6章 薄壁鋼管動(dòng)力屈曲應(yīng)變率效應(yīng)

參考文獻(xiàn)2100433B

本項(xiàng)目基于復(fù)合材料高階剪切變形理論，研究深海復(fù)合材料管線(包括立管和海管)的后屈曲和非線性振動(dòng)特性。首先，基于高階剪切變形理論和Kármán型大撓度應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，建立復(fù)合材料管線后屈曲和非線性振動(dòng)的宏-細(xì)觀力學(xué)模型；然后，使用解析法和數(shù)值解法相結(jié)合的方法，研究復(fù)合材料管線的后屈曲和非線性振動(dòng)特性，分析環(huán)境載荷、材料和幾何參數(shù)等因素對(duì)管線后屈曲行為和非線性振動(dòng)特性的影響；最后，在結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化分析基礎(chǔ)上，選擇合理的幾何、材料及設(shè)計(jì)參數(shù)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為復(fù)合材料管線穩(wěn)定性設(shè)計(jì)以及動(dòng)力響應(yīng)控制提供基礎(chǔ)理論支撐。