非均质薄膜结构褶皱产生机理及其结构动力学特性研究

Wrinkling on membranes is well-known phenomenon in nature and has received intense attention in recent years owing to their important applications in aerospace engineering, architecture, flexible electronics, and even biomedical science. Here the wrinkle patterns of inhomogeneous membrane and corresponding dynamic characteristics are studied by experiment, numerical simulation and analytical method. Firstly, based on the elastic mechanics and stability theory, the winkling on homogeneous membrane with orthotropic materials and inhomogeneous membrane with periodic microstructures under large deformation is investigated and the corresponding mechanism of the winkling is analysed. Secondly, we develop the method on the dynamic wrinkling on the inhomogeneous membrane, revealing the dynamic characteristics of the microstructured membrane. Finally, we explore the theory to describe the wrinkling of large membrane antenna in space satellite and propose the method to achieve the controllable winkling pattern. Our study will provide helpful guideline to understand the wrinkling mechanism of materials and design the membrane structure.

薄膜褶皱是自然界中一种常见的物理现象，同时也广泛存在于航天、建筑、微纳米材料、生物医学等各个工程领域。本课题以非均质薄膜为研究对象，以理论、实验和数值的方法研究非均质薄膜的褶皱产生机理及其结构动力学特性。首先，基于弹性理论和稳定性理论，建立正交各向异性薄膜和含周期微结构的非均质薄膜的褶皱理论，分析材料参数和几何尺寸对褶皱产生的影响；其次，研究运动中的薄膜皱褶以及皱褶对非均质薄膜的结构振动和波动特性的影响规律。最后，以航天卫星中大型薄膜天线为背景，研究该大型非均质薄膜褶皱产生及其影响，并提出控制褶皱的方案。本课题是涉及力学、材料、物理、生物等多个领域的前沿科学问题，也是解决航天等工程领域实际问题的重要理论基础，可为理解褶皱机理、制备和设计薄膜结构提供指导，具有重要的科学意义和工程价值。

薄膜褶皱是自然界中一种常见的物理现象，同时也广泛存在于航天、建筑、微纳米材料、生物医学等各个工程领域。本项目以非均质薄膜为研究对象，以理论、实验和数值的方法研究了非均质薄膜的褶皱产生机理及其结构动力学特性。首先，基于弹性理论和稳定性理论，建立了正交各向异性薄膜以及含周期微结构的非均质薄膜的褶皱理论，分析了材料参数和几何尺寸对褶皱产生的影响；其次，研究了运动的非均质薄膜结构动态褶皱的演化规律以及皱褶对非均质薄膜的结构振动和波动特性的影响；最后，以航天卫星中大型薄膜天线为背景，研究了该大型非均质薄膜褶皱的产生机理及其影响，并提出了控制褶皱的方案。本课题是涉及力学、材料、物理、生物等多个领域的前沿科学问题，也是解决航天等工程领域实际问题的重要理论基础，为理解褶皱产生机理、设计薄膜结构提供了指导，具有重要的科学意义和工程价值。