超压气球索膜结构力学匹配特性研究

摘要

超压气球由于其能实现在相对稳定的高度长时间飞行的优点，被认为是现代科学气球的发展趋势。其在升至工作高度后需要承受几百甚至几千帕的超压，对囊体结构来说是非常大的挑战，因此非常有必要弄清楚超压气球在承受超压时的应力分布与结构形状的关系。
　　本文提出了一种分析超压气球应力分布的方法，推导出了对于任意旋转充气球体均适用的应力理论值。并以欧拉球体及椭球为例推导了纵向应力和环向应力理论值，并与线性仿真值进行比较，验证了所得理论值的正确性。通过与非线性仿真值进行对比，证明了理论值能够预报球体的应力分布，判断承压水平。
　　为改进超压气球当前裁剪设计可能造成的缺陷，提出了一种索网蒙皮结构超压气球的设计方法。通过改变绳索的预紧力实现了对球形初始构型的控制。根据蒙皮材料和绳索材料的极限强度计算得到了超压气球合理的初始构型，使蒙皮和绳索同时达到破坏，提高了材料的利用效率。
　　采用光学非接触测量的方法对超压气球应变分布进行了研究，并与理论计算结果进行了比较，验证了理论模型的正确。试验验证了通过改变绳索缩短量可以实现对超压气球初始构型的控制。
　　本文的研究可为超压气球结构优化设计、应力分布的预报方面提供参考。

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第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2研究现状

1.3本文研究内容

第二章 无纵向加强超压气球力学性能分析

2.1引言

2.2球体应力分布的理论推导

2.3有限元仿真

2.4参数分析

2.5尺度分析

2.6本章小结

第三章 索网蒙皮超压气球力学分析

3.1引言

3.2理论分析

3.3算例

3.4参数分析

3.5本章小结

第四章 超压气球试验验证

4.1引言

4.2超压气球应变测量试验

4.3试验结果及分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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