智能可变形结构采用智能材料如复合材料、压电材料、形状记忆合金等实现结构变形,其中复合材料具有高比强度、高比模量、轻质等优点,受到广泛关注。双稳态复合材料层合结构由于本身存在两种形状不同的稳态构型,且每种稳态构型具有一定的刚度而不需要持续的能量输入来维持,在可变形领域中具有较好的应用前景。根据制备方法的不同,可将双稳态复合材料层合结构分为平板型和圆柱型。然而针对两种类型的双稳态层合结构所建立的理论预测模型不统一,且每种理论模型都具有一定的局限性。此外,对于两种类型层合结构的稳态特性研究也集中在矩形或椭圆形状,而对其他形状层合结构的研究较少。针对上述问题,本文的主要研究内容及成果如下:1.基于可伸展变形假设和非线性板壳理论,建立复合材料层合结构稳态特性均匀曲率理论模型,可以同时预测平板型和圆柱型复合材料层合结构的稳态特性;针对特殊初始曲率情况进行理论模型简化,对可能存在的稳态构型和稳态临界情况进行理论预测;通过稳态相图定性讨论不同初始自然曲率和初始非弹性曲率情况下的层合结构的稳态构型。2.将复合材料层合结构稳态特性均匀曲率理论模型拓展为考虑曲率线性变化和二次变化的非均匀曲率理论模型;通过无量纲稳态特性曲线探究影响稳态特性的机理,对影响平板型和圆柱型层合结构稳态特性的参数进行讨论。3.基于ABAQUS二次开发功能,建立平板型和圆柱型复合材料层合结构参数化建模与稳态特性自动分析的插件。将模拟结果与理论结果进行对比,定量讨论长宽比、单层厚度、边长、圆心角、纵向长度、铺设角度、铺层数和温度对稳态特性的影响,分析其变形机理。结果表明:提出的非均匀理论模型预测结果与模拟结果吻合较好,所建立的插件能够有效提高计算效率。4.制备出矩形、椭圆形、十字形等不同形状的平板型和圆柱型层合结构试件,对影响稳态特性的参数进行实验验证;考虑复合材料层合结构的形状效应,对理论模型的局限性和实验结果的误差原因进行分析。结果表明:复合材料层合结构形状的改变会影响稳态特性,不同形状平板型/圆柱型层合结构会出现新的稳态构型。上述研究为复合材料层合结构的设计和制备提供理论和技术支持,为其在实际可变形结构的应用提供一定指导作用。