[发明专利]一种空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法

权利要求书

1.一种空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法，其特征在于，所述空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法包括：

以非线性有限元软件ABAQUS为平台，运用非线性屈曲法、直接干扰法以及动力显示法分别对薄膜褶皱的数量、面外变形及褶皱幅值进行分析，并与试验结果进行对比，验证数值分析方法的正确性；

在非线性屈曲法、直接干扰法和动力显示法中选取最合适的方法，在不同网格密度、不同膜材厚度和不同剪切位移下对矩形薄膜受剪切褶皱的能量和应力分布进行进一步分析，分析薄膜弹性应变能密度分布、主应力分布以及整个薄膜所具有的能量。

2.如权利要求1所述的空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法，其特征在于，在非线性屈曲法、直接干扰法和动力显示法中选取最合适的方法，在不同网格密度、不同膜材厚度和不同剪切位移下对矩形薄膜受剪切褶皱的能量和应力分布进行进一步分析，具体包括：

第一步，分别在不同网格密度、不同膜材厚度和不同剪切位移三种不同工况进行建模；

第二步，计算三种不同工况下薄膜弹性应变能密度分布、主应力分布以及整个薄膜所具有的能量；

第三步，比较三种工况下计算得到的薄膜弹性应变能密度分布、主应力分布以及整个薄膜所具有的能量与网格密度、膜材厚度和剪切位移参数之间的关系。

3.如权利要求1所述的空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法，其特征在于，所述非线性屈曲法包括：

首先通过模态屈曲分析得到薄膜结构的屈曲模态，再把模态的线性组合作为几何初始缺陷添加到薄膜结构中，触发褶皱的形成；

在采用Newton-Raphson算法，初始几何缺陷通过面外变形的方式添加到薄膜上时，组成方式包括：

式中Δz为面外位移值；ω_i为第i阶模态；为折减系数。

4.如权利要求1所述的空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法，其特征在于，所述直接扰动法包括：

在满足公式(2)的情况下撤去面外扰动力最为合适；

式中δ₁为总荷载；δ₂为预载；δ₁′为撤去扰动力时的荷载，δ₁″为撤去扰动力后的荷载。

5.如权利要求1所述的空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法，其特征在于，所述动力显示法包括：

采用动力显示分析步和显式中心差分法对运动方程进行求解，方程如下：

式中u为位移；为速度；为加速度；M为质量矩阵；P为荷载向量；

I为内力向量；其中Δt^(n+1/2)＝t⁽ⁿ⁺¹⁾-t⁽ⁿ⁾，Δt^(n-1/2)＝t⁽ⁿ⁾-t^(n-1)。

6.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序运行权利要求1～5任意一项所述的空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法。

7.一种终端，其特征在于，所述终端至少搭载实现权利要求1～5任意一项所述空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法的控制器。

8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-5任意一项所述的空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法。

9.一种实现权利要求1所述空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析方法的空间褶皱薄膜弹性应变能和主应力有限元分析系统。