基于初始应变变化的自组装螺旋变形有限元分析

螺旋结构是自然界和工程应用中的基本形态,在不同几何和力学条件下可实现多种形态间的相互转变。本文以双层薄弹性材料结构模型为例(长度L>>宽度W>>厚度H),利用层间存在的不同初始应变,采用三维有限元模拟方法,分析了结构的形态转变情况。结果表明:当加载单层预应变(ε1=0.25)时,改变几何主轴和初始应变主轴方向间的错配角φ,可实现弹性带在圆环、螺旋形、不完整柱形间相互转变;当加载双层预应变(ε1=-ε2=0.25)时,同时改变几何错配角,可实现弹性带在"轮毂"形、纯扭转、一般扭转间的自组装螺旋相互转变。