充气薄膜管因自重轻、折叠体积小和成型快等优点而被广泛应用于航空航天等领域。充气薄膜管由内充气体与外部膜材构成,两者之间存在气-膜耦合作用,其会对充气薄膜管的力学特性产生显著的影响。气-膜耦合作用在静力方面主要体现在荷载作用下的变形会引起内压与刚度的改变,而在动力方面主要体现在内充气体的附加质量效应。本文通过对气-膜耦合作用展开研究,从而对充气薄膜管的力学特性有更为深入的认识,有助于更为准确地对其进行设计分析。本文以充气薄膜管为研究对象,采用试验与有限元相结合的方法,研究了气-膜耦合作用对其静、动力特性的影响及其随影响因素的变化规律。本文主要研究内容如下:(1)本文根据试验边界条件和精度要求自主研发试验装置,通过砝码施加轴向与横向荷载,通过激光位移传感器和气压表分别对位移和内压进行测量,通过对试验装置的加工、加载、测量等方面进行精度控制,保证试验结果的精度。(2)以商用有限元软件ADINA为平台建立充气薄膜管静、动力有限元模型。静力有限元模型中将内充气体分别等效为静力边界条件和有势流体;而动力有限元模型中则将内充气体分别等效为有势流体、膜面上的附加质量和静力边界条件,通过对比研究气-膜耦合作用的影响。通过与试验和参考文献中相应的结果进行对比验证本文建立的有限元模型的正确性和精确性。(3)充气薄膜管的静力分析。通过内充气体为恒质量和恒压两种情况下的对比,定量研究气-膜耦合作用随初始内压、长细比、端部约束以及荷载工况等影响因素的变化规律,并进一步探究气-膜耦合作用对褶皱临界荷载及极限承载力的影响以及随影响因素的变化规律。(4)充气薄膜管的自振特性分析。通过对比三种分别将内充气体等效为有势流体、膜面上的附加质量和静力边界条件的有限元模型,研究气-膜耦合作用对其自振特性的影响,并进一步研究气-膜耦合作用的影响随初始内压、长细比、端部约束以及膜厚等影响因素的变化规律。研究结果表明:荷载作用下,气-膜耦合作用随初始内压、长细比的增大以及端部约束的增强而不断减弱,随轴向荷载的增大呈现非单调变化,为先增强后减弱;气-膜耦合作用对充气薄膜管第一阶频率的影响随初始内压、长细比的增大不断减小,而对其他阶次频率的影响却不断增大;随膜厚的增加,气-膜耦合作用对自振频率的影响不断减小;在一固一简的端部约束条件下,耦合作用的影响最强。