题目：可折叠并自动展开的超薄复合材料豆荚杆设计与制备及实验验证研究

可折叠并自动展开的超薄复合材料豆荚杆具有功能与结构一体化的特点，是一种有良好应用前景的未来航天复合材料结构，对其设计、制备工艺和试验验证方面的技术研究，不仅对航天可展开结构的发展有重要意义，还能为智能复合材料结构的发展提供一条新的思路。提出了预测可折叠并自动展开的超薄复合材料豆荚杆面内应变和层间剪切应力的解析模型，将豆荚杆抽象为薄壁曲梁几何模型，压扁变形的横截面形状用简化的等曲率凹凸圆弧描述，卷曲线用极坐标系下的多项式函数描述。利用几何近似和变形假设条件，推导了几何方程，可预测豆荚杆压扁和卷曲变形的面内应变。基于微体平衡方程，建立了豆荚杆胶接界面处层间剪切应力的解析解。为了验证模型的有效性，通过真空袋法和胶接工艺，制备了超薄复合材料豆荚杆，并进行了压扁和卷曲试验，测定了压扁过程的载荷-位移曲线，以及压扁状态和卷曲状态的面内应变。通过进行理论预测结果与有限元数值模拟结果和实验结果的对比，发现解析模型预测结果与实验结果吻合良好。研究了温度对超薄复合材料豆荚杆轴向压缩屈曲性能的影响。进行了两端简支条件下的复合材料豆荚杆轴向压缩屈曲试验，分别测定了25ºC，100ºC和 -80ºC条件下复合材料豆荚杆屈曲过程的载荷-位移曲线和临界屈曲载荷，并讨论了屈曲发生的力学机制。试验结果表明，在低温-80ºC条件下，由于材料硬化，复合材料豆荚杆的平均临界屈曲载荷仅比在室温25ºC条件下测得的结果高2.2%左右，然而，在高温100ºC条件下，由于材料软化，导致复合材料豆荚杆的平均临界屈曲载荷显著下降，比在室温25ºC条件下测得的结果低19.5%左右。3种不同温度条件下轴向压缩屈曲试验中，复合材料豆荚杆的失效模式可以归结为屈曲的起始和沿着中心区域的扩展直至断裂或试验结束。建立复合材料豆荚杆的有限元模型，基于特征值方法分析了屈曲的发生机理，试验和数值模拟结果吻合良好。提出了可预测三轴向编织复合材料拉伸刚度的解析解模型，将两个方向上的各向异性纤维纤维束理想化为折线型曲梁几何模型，然后，基于梁理论和几何模型，获得了三轴向编织复合材料总余应变能，再利用卡氏定理和余应变能原理，导出了内力和变形的表达形式，最后，推导了三轴向编织复合材料拉伸刚度。为验证解析模型的有效性，将解析预测结果与数值模拟以及文献中的试验结果进行了对比分析，发现三者吻合良好。