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复合材料加筋板的屈曲后屈曲分析及承载能力研究

作　者: 刘从玉
导　师: 许希武
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程力学
关键词: 压剪组合载荷屈曲后屈曲脱粘承载能力复合材料加筋板
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 202次
引　用: 2次
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内容摘要

复合材料加筋板作为一种典型的工程结构,在航空、航天、机械等许多领域得到了越来越多的应用。在实际使用中,复合材料加筋板常常会受到压缩、剪切及压剪组合载荷的作用,屈曲失稳是其最为常见的失效形式。而屈曲后的复合材料加筋板具有较高的后屈曲承载能力,设计中需要合理利用。且试验表明,筋条与壁板之间常出现脱粘现象。因此,在考虑脱粘的情况下,如何准确确定复合材料加筋板屈曲临界载荷及其后屈曲承载能力是复合材料结构设计领域中亟待解决的问题之一。本文在ABAQUS/CAE平台下,基于一阶剪切理论,建立了复合材料加筋板的非线性有限元分析模型。通过在筋条与壁板之间引入界面单元及罚刚度处理方法以有效模拟筋条和壁板之间的连接界面,研究复合材料加筋板在压缩、剪切及压剪组合载荷作用下的前后屈曲行为,较为准确地预测了复合材料加筋板的屈曲载荷及其后屈曲承载能力,有效模拟了筋条与壁板之间的脱粘现象。模型中对壁板和筋条选用Hashin准则,对界面选用Quards二次应力判据分别判断其失效,建立相应的刚度退化模型,研究了复合材料加筋板在压缩、剪切及压剪组合载荷下的失效过程及各种典型损伤的扩展过程。探讨了筋条高度、厚度、密度、界面强度、材料铺层方式参数等对复合材料加筋板屈曲载荷与极限强度的影响,研究表明增加筋条高度、厚度及密度在一定程度上能有效提高加筋板的屈曲载荷与极限强度,筋条密度增加到一定程度会引起结构破坏形式由失稳破坏转变为强度破坏,界面强度与材料铺层方式对极限强度有重要影响,界面脱粘是引起加筋板破坏的重要因素。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景和意义  11
  1.2 研究现状  11-16
    1.2.1 稳定性理论及有限元方法的发展概述  11-12
    1.2.2 复合材料加筋板屈曲后屈曲研究现状  12-16
  1.3 本文主要研究内容  16-17
第二章基本理论  17-26
  2.1 复合材料层板理论及 Hashin 失效准则  17-20
    2.1.1 复合材料层板-阶剪切理论  17-19
    2.1.2 Hashin 失效准则  19-20
  2.2 非线性屈曲理论  20-24
    2.2.1 屈曲基本概念与屈曲理论  20-22
    2.2.2 非线性问题的全拉格朗日格式  22-23
    2.2.3 屈曲平衡方程及求解  23-24
  2.3 S4R 壳单元及界面单元简介  24-25
  2.4 小结  25-26
第三章压缩载荷下复合材料加筋板屈曲后屈曲分析  26-43
  3.1 引言  26
  3.2 复合材料加筋板非线性有限元分析  26-28
    3.2.1 非线性有限元建模  26-27
    3.2.2 刚度折减方案及破坏分析流程  27-28
  3.3 压缩载荷作用下复合材料加筋板屈曲后屈曲及承载能力分析  28-36
    3.3.1 数值算例  28-30
    3.3.2 屈曲后屈曲分析验证  30-32
    3.3.3 破坏过程分析  32-36
  3.4 压缩载荷作用下复合材料加筋板的响应分析  36-41
    3.4.1 筋条高度、厚度、密度及截面形式对屈曲载荷和极限强度的影响  36-39
    3.4.2 筋条高度、厚度及密度对破坏形式的影响  39
    3.4.3 界面强度对屈曲载荷和极限强度的影响  39-40
    3.4.4 筋条铺层方式对屈曲载荷和极限强度的影响  40-41
  3.5 小结  41-43
第四章剪切载荷作用下复合材料加筋板屈曲后屈曲分析  43-57
  4.1 引言  43
  4.2 剪切载荷作用下复合材料加筋板屈曲后屈曲及承载能力分析  43-50
    4.2.1 屈曲分析验证  43-46
    4.2.2 后屈曲及承载能力分析  46-47
    4.2.3 破坏过程分析  47-50
  4.3 剪切载荷作用下复合材料加筋板的响应分析  50-55
    4.3.1 筋条高度、厚度及密度对屈曲载荷和极限强度的影响  50-53
    4.3.2 筋条高度、厚度及密度对破坏形式的影响  53
    4.3.3 界面强度对屈曲载荷和极限强度的影响  53-54
    4.3.4 层合板铺层方式对屈曲载荷和极限强度的影响  54-55
  4.4 小结  55-57
第五章压剪组合载荷作用下复合材料加筋板屈曲后屈曲分析  57-71
  5.1 引言  57
  5.2 压剪载荷作用下复合材料加筋板屈曲后屈曲及承载能力分析  57-65
    5.2.1 屈曲分析验证  57-59
    5.2.2 后屈曲及承载能力分析  59-60
    5.2.3 破坏过程分析  60-65
  5.3 压剪组合载荷作用下复合材料加筋板的响应分析  65-70
    5.3.1 筋条高度、厚度及密度对屈曲载荷和极限强度的影响  65-67
    5.3.2 筋条高度、厚度及密度对破坏形式的影响  67
    5.3.3 界面强度对屈曲载荷和极限强度的影响  67-68
    5.3.4 层合板铺层方式对屈曲载荷和极限强度的影响  68-70
  5.4 小结  70-71
第六章总结及展望  71-73
  6.1 全文总结  71
  6.2 本文的创新点  71-72
  6.3 展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
在学期间的研究成果及发表的学术论文  78

复合材料加筋板的屈曲后屈曲分析及承载能力研究

内容摘要

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