[发明专利]横向均布载荷作用下圆形薄膜弹性应变能的确定方法

说明书

本发明公开了一种横向均布载荷作用下圆形薄膜弹性应变能的确定方法：用一个内半径为a的夹紧装置将一个厚度为h、杨氏弹性模量为E、泊松比为ν的薄膜固定夹紧，从而形成一个半径为a的周边固定夹紧的圆形薄膜结构，并对该圆形薄膜横向施加一个均布载荷q，使圆形薄膜产生轴对称变形，那么基于该圆形薄膜轴对称变形问题的静力平衡分析，利用载荷q的测量值，就可以确定圆形薄膜轴对称变形后的弹性应变能U。

技术领域

本发明涉及一种横向均布载荷作用下周边固定夹紧的圆形薄膜的弹性应变能的确定方法。

背景技术

横向均布载荷作用下周边固定夹紧的圆形薄膜的轴对称变形，在许多工程技术领域都有应用，例如，用来研究薄膜/基层系统的粘附能测量、以及研制各种仪器仪表和各类传感器等。从文献查新的结果来看，在求解圆形薄膜轴对称变形问题的过程中，有放弃通常所谓的薄膜小转角假设(即假设薄膜转角θ满足sinθ≈tanθ)、以提高计算精度的，例如发明专利“一种均布载荷下大转角圆薄膜弹性应变能的确定方法”(专利号：ZL201510194410.9)，但在建立该力学问题的几何方程时，采用了一些假设从而建立了一个近似的几何方程e_r＝du/dr+1/2(dw/dr)²(e_r表示圆形薄膜的径向应变，r表示圆形薄膜的径向坐标，u和w分别表示圆形薄膜的径向位移和挠度)，其中假设在圆形薄膜几何中面上选取的曲线元素其长度在变形前后近似相等，然而，当外部作用载荷较大、薄膜挠度较大时，该假设不再适用，因此基于这个近似的几何方程所获得的解析解只能用于外部作用载荷不大的情形。为了使解析解能够适用于外部作用载荷较大、薄膜挠度较大的情形，以扩大横向均布载荷作用下周边固定夹紧的圆形薄膜的轴对称变形的应用范围，我们放弃了上述假设并建立了一个较为精确的几何方程基于这个几何方程得到了该轴对称变形问题较为精确的解析解，这正是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明致力于横向均布载荷作用下周边固定夹紧的圆形薄膜的轴对称变形问题的解析研究，基于更精细的静力平衡分析，得到了该轴对称变形问题较为精确的解析解，并在此基础上给出了横向均布载荷作用下圆形薄膜弹性应变能的确定方法。

横向均布载荷作用下圆形薄膜弹性应变能的确定方法：用一个内半径为a的夹紧装置将一个厚度为h、杨氏弹性模量为E、泊松比为ν的薄膜固定夹紧，从而形成一个半径为a的周边固定夹紧的圆形薄膜结构，并对该圆形薄膜横向施加一个均布载荷q，使圆形薄膜产生轴对称变形，基于该圆形薄膜轴对称变形问题的静力平衡分析，就可以得到所施加的载荷q与圆形薄膜轴对称变形后的弹性应变能U之间的解析关系

其中，

而b₀、c₀的值由方程

和

确定，其中，

d₀＝b₀，