[发明专利]用于薄膜充气梁弯皱特性预报的壳膜模型

权利要求书

1.一种用于薄膜充气梁弯皱特性预报的壳膜模型，其特征在于：它的建立步骤如下：

步骤一：建立薄膜充气梁弯皱特性预报的薄膜模型：首先假定薄膜充气梁梁壁材料为纯薄膜，联合特定的褶皱条件建立薄膜充气梁弯皱特性预报的薄膜模型；

步骤二：引入临界压缩应力建立薄膜充气梁弯皱特性预报的薄壳模型：引入弹性薄壳临界压缩应力形式，将由其产生的弯矩叠加到薄膜模型上建立薄膜充气梁弯皱特性预报的薄壳模型；

步骤三：根据充气梁受力特性确定自然构型和预应力参考构型：根据薄膜充气梁的受力特性确定建立壳膜模型所需的预应力参考构型，并在此构型上引入充气压力效应考虑薄膜充气梁因充气产生的膨胀变形；

步骤四：在预应力参考构型下引入充气压力效应和修正系数，建立薄膜充气梁弯皱特性预报的壳膜模型：引入修正系数作用于考虑充气压力效应的薄壳模型中薄膜公式，以降低其对预报值的过高估计，联合引入考虑充气压力效应的临界压缩应力公式得到薄膜充气梁弯皱特性预报的壳膜模型。

2.根据权利要求1所述用于薄膜充气梁弯皱特性预报的壳膜模型，其特征在于：步骤一中薄膜充气梁的弯皱特性预报的薄膜模型的建立过程为：

首先，结构力的平衡方程按公式一建立：

公式一p=rt∫02πσ1dθπr2;]]>

其中，p是充气压力，r是薄膜充气梁的圆截面半径，t是薄膜充气梁的壁厚，σ₁是薄膜充气梁的轴向应力，

结构力矩的平衡方程为：

公式二M=-r2t∫02πσ1cosθdθ;]]>

其中，M是薄膜充气梁承受的弯矩，θ是环向角，

薄膜充气梁的轴向应力形式为：

公式三σ1=E(-krcosθ+C1)+vprt;θw≤θ≤2π-θw0;-θw≤θ≤θw;]]>

其中，E是膜材的弹性模量，v是泊松比，k是薄膜充气梁的曲率，C₁为与褶皱应变相关的待定常数，

对于薄膜模型，褶皱产生条件为：

公式四  σ₁＝0；θ＝θ_w；

其中，θ_w为褶皱角，即褶皱产生时对应的薄膜充气梁的环向角，由此可以确定待定常数C₁：

公式五C1=krcosθw-vprEt;]]>

将公式五代入公式三中可以得到：

公式六σ1=Ekr(cosθw-cosθ);θw≤θ≤2π-θw0;-θw≤θ≤θw;]]>

其中，-θ_w≤θ≤θ_w对应褶皱区域，θ_w≤θ≤2π-θ_w对应非褶皱区域，

将公式六代入到公式一和公式二中可以得到薄膜模型的力和力矩平衡方程：

公式七p=2kr2Et[sinθw+(π-θw)cosθw]πr2M=kr3Et(π-θw+12sin2θw);]]>

由公式七可进一步得到：

公式八Mp=πr3(π-θw+12sin2θw)2[sinθw+(π-θw)cosθw];]]>

对于薄膜模型，其产生褶皱时(θ_w＝0)的弯矩为临界皱曲弯矩M_m-w，

公式九Mm-w=pπr32;]]>

对于薄膜模型，当褶皱遍布整个环向时(θ_w＝π)结构承力特性失效，此时对应结构的失效弯矩M_m-f

公式十  M_m-f＝pπr³。