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瓦楞夹层结构等效弹性常数研究

作　者: 陈菲菲
导　师: 周廷美
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 瓦楞夹层板等效弹性常数 APDL语言非线性分析
分类号: TB482.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 154次
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内容摘要

瓦楞夹层板越来越广泛地应用在包装领域。它的主要优点是质量轻,刚度好,可回收且成本低廉,从而使得这种材料成为包装、运输的首选。随着夹层结构在工程上的应用,瓦楞夹层结构的力学特性分析成为一个比较重要的课题。本文研究了一种芯纸为U形瓦楞的单瓦楞夹层结构的各等效弹性常数的计算方法。在采用ANSYS通用有限元程序进行分析的时候,由于这些程序中没有瓦楞结构单元,致使瓦楞结构的有限元分析不能直接进行,只能采用特殊的方式计算。在已有的基本理论的基础上,提出了一种考虑芯纸的抗弯刚度的单瓦楞夹层板模型。将瓦楞夹层板等效为正交各向异性的均质板并进行MD方向、CD方向的等效弹性模量、夹层板剪切模量及抗弯刚度的计算。具体步骤为先计算瓦楞芯纸的各等效弹性常数,再采用混合定律计算整个瓦楞夹层板的等效弹性常数并以两个具体的例子计算出各等效弹性常数。ANSYS有两种操作方式,本论文采用ANSYS的APDL语言对单瓦楞夹层板进行整体建模仿真,由于单瓦楞夹层板是非线性结构,故采用ANSYS的非线性选项设置分别进行MD、CD方向的拉伸试验仿真与平面内的剪切试验仿真,在仿真时约束设置与载荷施加是关键,仿真的结果是变形量及力,将这些仿真结果转化成应变及应力,根据胡克定律求得各弹性常数,将仿真结果与理论计算结果及其他学者的试验结果进行比较,从而判断理论推导的准确性。在验证抗弯刚度的准确性时,参考NORDSTRAND的三点弯曲试验结果,以判断理论推导抗弯刚度的正确性。本文采用一种等效方法,考虑瓦楞芯纸的抗弯刚度,再采用多步均匀化方法首先推导芯纸的等效剪切模量,最后将等效的芯纸与面纸一起进行等效求得整个瓦楞夹层结构的各等效弹性常数,通过比较误差的大小,证明本文的计算方法可以用于实际的工程设计,是一种合理可行的等效方法。

全文目录

中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题的提出  9
  1.2 研究的目的和意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-11
  1.4 本文的研究内容  11-13
第2章瓦楞夹层结构的等效弹性模量计算  13-34
  2.1 瓦楞夹层板  13-15
    2.1.1 瓦楞夹层板的分类  13-14
    2.1.2 单瓦楞夹层板力学性能分析的基本假设  14-15
  2.2 瓦楞夹层结构等效弹性常数的计算  15-20
    2.2.1 单瓦楞结构x(MD)方向的等效弹性模量计算  15-16
    2.2.2 单瓦楞结构y方向的等效弹性模量计算  16-17
    2.2.3 单瓦楞结构在z方向的等效弹性模量计算  17-20
      2.2.3.1 瓦楞夹层结构的相当密度  17-19
      2.2.3.2 瓦楞芯纸的平压模量E_(cz)计算  19-20
  2.3 瓦楞夹层结构的等效剪切模量的计算  20-28
    2.3.1 瓦楞夹芯等效剪切模量计算  20-25
      2.3.1.1 瓦楞夹芯等效剪切模量G_(cyz)计算  21-23
      2.3.1.2 瓦楞夹芯等效剪切模量G_(cxz)的计算  23-25
    2.3.2 瓦楞夹层结构的等效剪切模量计算  25-28
      2.3.2.1 瓦楞夹层结构等效剪切模量G_(yz)计算  25-26
      2.3.2.2 瓦楞夹层结构等效剪切模量G_(xz)计算  26-27
      2.3.2.3 瓦楞夹层结构等效剪切模量G_(xy)计算  27-28
  2.4 瓦楞夹层结构的等效抗弯刚度的计算  28-34
    2.4.1 瓦楞芯纸的抗弯刚度计算  28-29
    2.4.2 瓦楞夹层结构的等效抗弯刚度计算  29-34
第3章瓦楞夹层结构等效弹性常数的算例  34-42
  3.1 算例的研究对象  34
  3.2 KL-S-KL595C型瓦楞夹层板的等效弹性常数计算  34-36
  3.3 NORDSTRAND瓦楞夹层结构的等效弹性常数计算  36-42
第4章瓦楞纸板等效弹性常数的有限元分析  42-59
  4.1 有限单元法及有限元分析软件简介  42-47
    4.1.1 有限单元法  42
    4.1.2 有限元分析软件ANSYS  42-44
    4.1.3 参数化设计语言APDL  44
    4.1.4 非线性结构分析  44-45
    4.1.5 非线性结构分析中的方法  45-46
    4.1.6 ANSYS分析中使用的单元和主要命令  46-47
  4.2 瓦楞夹层结构MD方向的拉伸试验仿真  47-52
    4.2.1 单瓦楞夹层结构建模  47-49
    4.2.2 加载和求解  49-51
    4.2.3 结果分析  51-52
  4.3 瓦楞夹层结构CD方向的拉伸试验仿真  52-54
  4.4 瓦楞夹层结构xoy平面内的剪切试验仿真  54-56
  4.5 KL-S-KL595C型瓦楞夹层结构结果比较  56-57
  4.6 抗弯刚度的计算  57-59
    4.6.1 三点弯曲试验原理  57-58
    4.6.2 结果分析  58-59
第5章总结与展望  59-60
  5.1 研究总结  59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
附录A 攻读硕士期间发表的论文  64-65
附录B 攻读硕士期间参加的科研项目  65

瓦楞夹层结构等效弹性常数研究

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