【摘要】：高精密薄膜材料廣泛用于印刷包裝、生物醫(yī)療、信息、航空航天等領(lǐng)域。薄膜產(chǎn)品在制造過程中,它以連續(xù)張緊的狀態(tài)高速傳輸,張緊的薄膜由于受材料特性、運(yùn)動(dòng)速度、張力非均勻性、空氣伴隨、干燥固化過程的外激勵(lì)力等因素的影響及擾動(dòng),易呈現(xiàn)劇烈顫振、褶皺及漂移等嚴(yán)重影響薄膜產(chǎn)品制備精度的現(xiàn)象,同時(shí)也制約著印刷速度的進(jìn)一步提高。因此研究高精密薄膜的動(dòng)力學(xué)特性對于提高套印精度和生產(chǎn)效率具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文以印刷薄膜生產(chǎn)設(shè)備陜西北人FR400ELS無軸傳動(dòng)高速凹版印刷機(jī)和陜西北人B624卷筒紙印刷機(jī)為例,系統(tǒng)地研究柔性運(yùn)動(dòng)薄膜在多工況下的動(dòng)力學(xué)特性。具體研究工作如下:(1)研究了隨從力作用下的變密度薄膜和非均勻張力下的變密度薄膜的振動(dòng)特性。應(yīng)用D'Alembert原理建立兩種工況下的變密度運(yùn)動(dòng)薄膜的橫向振動(dòng)微分方程,應(yīng)用微分求積法求解。分析了張力比、隨從力、長寬比、非均勻張力系數(shù)和密度系數(shù)對薄膜振動(dòng)特性的影響,得到了薄膜穩(wěn)定工作區(qū)間和發(fā)散失穩(wěn)的臨界速度,獲得了影響薄膜振動(dòng)特性的主要因素。(2)研究變速度薄膜在切向均布隨從力作用下和非均勻張力下的參數(shù)振動(dòng)�；贒'Alembert原理建立周期擾動(dòng)的變速度運(yùn)動(dòng)薄膜的振動(dòng)微分方程,應(yīng)用微分求積法離散方程,得到只含時(shí)間變量的二階周期系數(shù)微分方程。應(yīng)用Floquet理論分析系統(tǒng)參數(shù)如隨從力、薄膜張力比、長寬比、平均速度和非均勻張力系數(shù)對薄膜不穩(wěn)定區(qū)域的影響規(guī)律。該研究對提高變速運(yùn)動(dòng)工況下印刷薄膜的穩(wěn)定性有重要意義。(3)研究變密度運(yùn)動(dòng)薄膜的非線性振動(dòng)及穩(wěn)定性。應(yīng)用D'Alembert原理和von Karman大撓度理論推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)薄膜大撓度振動(dòng)方程,應(yīng)用Bubnov-Galerkin方法對振動(dòng)偏微分方程組進(jìn)行離散,得到系統(tǒng)的常微分方程,利用橢圓積分法對微分方程進(jìn)行求解,分析無量綱速度、長寬比和密度系數(shù)對運(yùn)動(dòng)薄膜非線性振動(dòng)頻率的影響。對于運(yùn)動(dòng)薄膜的非線性強(qiáng)迫振動(dòng),采用4階Runge-Kutta法對系統(tǒng)常微分方程進(jìn)行數(shù)值求解,應(yīng)用分岔圖、時(shí)程圖、相圖、Poincare截面圖和功率譜分析無量綱速度、外激勵(lì)力幅值、長寬比和密度系數(shù)對薄膜非線性動(dòng)力學(xué)行為的影響,得出薄膜發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)的區(qū)間,獲得了影響薄膜穩(wěn)定性的主要因素。(4)研究變速度運(yùn)動(dòng)薄膜的非線性動(dòng)力學(xué)行為。建立變速度運(yùn)動(dòng)薄膜的非線性振動(dòng)偏微分方程,應(yīng)用Galerkin截?cái)喾▽⒎匠讨泻械目臻g變量和時(shí)間變量、應(yīng)力函數(shù)和位移函數(shù)進(jìn)行離散,得到變速度運(yùn)動(dòng)薄膜的常微分方程。通過分岔圖、相圖、時(shí)程圖、Poincaré截面圖和功率譜分析了不同初始條件、平均速度、速度變化幅值和長寬比對變速度運(yùn)動(dòng)薄膜非線性振動(dòng)的影響規(guī)律,得出了不同參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的周期運(yùn)動(dòng)、準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)和混沌運(yùn)動(dòng)。(5)計(jì)及薄膜的材料特性,研究了正交異性運(yùn)動(dòng)薄膜的大撓度幾何非線性振動(dòng)。建立正交異性運(yùn)動(dòng)薄膜的非線性振動(dòng)數(shù)學(xué)模型。通過時(shí)程圖、相圖、Poincaré截面圖、功率譜和分岔圖揭示系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為。分析了速度、長寬比和正交異性系數(shù)對運(yùn)動(dòng)薄膜非線性振動(dòng)的影響規(guī)律,獲得了正交異性薄膜產(chǎn)生混沌運(yùn)動(dòng)的區(qū)間。綜上所述,本文的研究成果為薄膜傳輸?shù)姆�(wěn)定性和印刷機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設(shè)計(jì)、制造及提速提供理論依據(jù)。同時(shí)研究成果豐富了薄膜傳輸?shù)姆�(wěn)定性理論,對提高薄膜產(chǎn)品的套印精度和印刷質(zhì)量有重要意義。該成果也可以拓展到柔性電子產(chǎn)品的制備和研發(fā)中。
【圖文】：

[1-3]。這類典型的薄膜制造設(shè)備有機(jī)組式凹版印刷機(jī)（如圖1-1所示）和卷筒紙印刷機(jī)（如圖1-2所示）等。圖 1-1 機(jī)組式凹版印刷機(jī)Fig.1-1 Unit gravure printing press圖 1-2 卷筒紙印刷機(jī)Fig.1-2 Web printing press近年來，隨著新材料和新技術(shù)的高速發(fā)展，薄膜材料的應(yīng)用領(lǐng)域得以拓展，這些多功能薄膜材料不僅在印刷包裝中有廣泛應(yīng)用，還在軍事信息、航空航天、健康醫(yī)療、人工智能、物流監(jiān)測、儀表顯示等眾多領(lǐng)域有著普遍的應(yīng)用，例如高新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的印刷電子薄膜、RFID 標(biāo)簽、微納制造電子薄膜顯示器、薄膜傳感器、柔性薄膜開關(guān)、可穿戴電子產(chǎn)品、太陽帆、降落傘、可充氣結(jié)構(gòu)等[4-7]。高精密多功能薄膜在新材料制備中的應(yīng)用如圖 1-3所示。

[1-3]。這類典型的薄膜制造設(shè)備有機(jī)組式凹版印刷機(jī)（如圖1-1所示）和卷筒紙印刷機(jī)（如圖1-2所示）等。圖 1-1 機(jī)組式凹版印刷機(jī)Fig.1-1 Unit gravure printing press圖 1-2 卷筒紙印刷機(jī)Fig.1-2 Web printing press近年來，隨著新材料和新技術(shù)的高速發(fā)展，薄膜材料的應(yīng)用領(lǐng)域得以拓展，這些多功能薄膜材料不僅在印刷包裝中有廣泛應(yīng)用，，還在軍事信息、航空航天、健康醫(yī)療、人工智能、物流監(jiān)測、儀表顯示等眾多領(lǐng)域有著普遍的應(yīng)用，例如高新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的印刷電子薄膜、RFID 標(biāo)簽、微納制造電子薄膜顯示器、薄膜傳感器、柔性薄膜開關(guān)、可穿戴電子產(chǎn)品、太陽帆、降落傘、可充氣結(jié)構(gòu)等[4-7]。高精密多功能薄膜在新材料制備中的應(yīng)用如圖 1-3所示。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2

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