反对称铺设圆柱壳结构作为一种新型的双稳态复合材料结构主要由碳纤维或玻璃纤维增强树脂基复合材料通过反对称铺设制备而成。作为可伸缩和可延展结构,其具有两种稳定状态,能够在外部加载时从一个稳态转变为另一个稳态,且其中的任一稳定状态不需要持续的能量输入来维持。由于本身具有高强度、轻质和可变形的优点,在智能可变形结构和能量收集等领域受到了广泛的关注和应用。然而,以双稳态复合材料结构作为基础制造而成的产品在实际使用过程中不可避免地会受到周围变化的环境(例如温度和湿度等)的影响。同时,双稳态复合材料结构具有初始缺陷时会对其双稳态特性造成较大的影响。文献调研表明,以上因素对反对称铺设圆柱壳的影响研究相对比较缺乏。因此,使用理论分析、有限元模拟以及实验相结合的方法,研究温度和湿度影响下的反对称铺设圆柱壳的双稳态特性;此外,采用有限元模拟方法研究具有初始缺陷的反对称铺设圆柱壳的双稳态特性。具体的研究内容如下:1.在经典层合板理论的基础上考虑温度和湿度的影响,推导出温度和湿度影响下的双稳态理论模型。通过最小势能原理预测反对称铺设圆柱壳结构在温度和湿度影响下的第一稳态结构的扭曲率变化情况,以及第二稳态曲率和扭曲率变化情况。最终,提出了一种通过温湿调控两个稳态扭曲率的方法,并在理论上验证了其可行性。2.通过把不同反对称铺设圆柱壳试件浸泡在不同时间段、不同温度的水浴锅中以达到不同的温度和湿度,之后在带温控箱的拉伸试验机上进行加载,同时得到结构形状尺寸。进而得到不同温度和湿度下突变过程(Snap-through过程)的载荷—位移曲线,以及主曲率和扭曲率变化信息。此外,单独考虑湿度影响进行了类似的实验,得到其不同湿度下Snap-through过程的载荷—位移曲线和圆柱壳形状尺寸变化规律。3.通过有限元软件ABAQUS进行反对称铺设圆柱壳结构在不同温度和湿度环境下稳态转变过程的模拟,得到在不同温度和湿度环境下Snap-through过程的载荷—位移曲线以及两个稳态的主曲率和扭曲率变化情况。最后,有限元模拟和理论、实验三者进行了对比,有限元模拟和理论结果对比误差较小,而与实验对比误差相对较大。4.使用有限元软件ABAQUS对不同初始缺陷的反对称铺设圆柱壳结构进行稳态转变的模拟,考虑包括多余树脂层缺陷、厚度缺陷、铺设角缺陷等初始缺陷因素。模拟结果表明这三种初始缺陷对圆柱壳结构第二稳态曲率和扭曲率,以及稳态转变载荷造成不同程度的影响。对于部分特殊初始缺陷的反对称铺设圆柱壳,结合有限元模拟和理论分析方法进行对比研究,两者趋势上对比吻合程度较好。