复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究

采用两种有限元模型和工程方法分别对复合材料蜂窝夹层结构在压缩、剪切载荷作用下的总体稳定性进行了计算,根据各计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:对于承受压缩载荷的结构,采用工程计算法能够较好的预估结构的屈曲临界载荷,而对于承受剪切载荷的结构,采用三维有限元法能较好的计算结构的屈曲载荷。     

具有中间框的等网格加筋层合壳的非线性稳定性和临界刚度计算

本文采用修正的Hahn-Tsai复合材料非线性本构关系以及应用能量法,对具有中间框加强的等同格加筋复合材料层合壳的非线性稳定性和临界刚度进行了分析计算。通过大量数例计算,分析讨论了复合材料的非线性效应对轴压和侧向外压联合作用下的等网格加筋复合材料层合圆柱壳的稳定性临界力以及中间框临界刚度的影响。这些计算结果对复合材料的结构设计具有一定的参考意义。     

对称层合圆柱正交异性中心开孔扁球壳的非线性屈曲

在非线性屈曲理论基础上，考虑对称线布载体荷作用形式，导得相应控制方程，以分析中心开孔，即外边缘固定，以及内边级悬空的复合材料扁球壳非线性屈曲稳定性问题。为了求解本文的非线性屈曲问题，获得临界载荷计算公式，本文采用修正迭代法，即第一次迭代将非线性项略去，第干净人迭代将第一次迭代结果作为已知量代入非一项来获得临界载荷的解析计算公式，最后，本文以实例分析讨论了横向剪切变形、开孔大小、线布载荷位置的几何参     

应用分解刚度法分析金属点阵夹芯板屈曲问题

基于Ressiner夹层板理论,采用分解刚度法对四边简支点阵夹芯板承受面内压缩荷载时的屈曲问题进行了分析。将点阵夹芯均匀等效为连续体,假定夹芯只提供抗剪切刚度,面板只提供抗弯刚度,基于能量原理得到了屈曲临界载荷系数。将分解刚度法和胡海昌法得到的结果进行了对比。分别针对合金钢、铸钢和铝合金三种材料夹芯进行了临界载荷系数计算。讨论了点阵胞元构型、夹芯杆倾斜角度和面板厚度对屈曲临界载荷的影响规律。     

等网格加筋复合材料圆柱壳的总体稳定性和中间框临界刚度计算

本文用能量法对简支边界条件下有中间框加强的等三角形网格加筋复合材料层合圆柱壳在轴外压载荷联合作用下的线弹性总体稳定性以及中间框的临界刚度作了分析计算。部分理论计算结果还与实验结果作了比较,两者的一致性很好。本文所给出的一系列计算结果和得出的结论,对宇航工程结构设计人员有一定的参考价值。     

复合材料层状板有限元分析

本文按照折合弯曲刚度理论,导出了矩形板单元的刚度矩阵。该单元考虑了横向剪切变形,每个节点具有三个自由度,适用于各向同性材料,正交异性材料和复合材料层状板(包括薄板和中等厚度板)的有限元分析,同时还导出了一致的几何刚度矩阵,可用于板的线性稳定性分析。文中给出了一些算例,计算结果表明,该单元不但节点自由度少,公式简单,而且还保证了一定的精度。     

考虑筋条扭转弹性支持的轴压复合材料加筋板局部屈曲分析方法

考虑筋条的扭转弹性支持作用,采用里兹能量法建立了轴压复合材料加筋壁板蒙皮局部屈曲问题的理论模型。考虑筋条下缘条对蒙皮的影响,对该理论模型提出了一种改进计算方法。对典型复合材料加筋平板轴压局部失稳临界载荷进行算例分析,通过理论分析结果、试验结果和有限元仿真结果的比较,验证了本文方法的合理性。同时实验结果表明,采用本文方法可显著提高蒙皮局部屈曲载荷计算结果的精度。本文方法可用于复合材料加筋壁板蒙皮局部稳定性前期分析设计中。     

基于压弯刚度匹配论则的复合材料加筋板结构优化设计

提出一种评估加筋板承载效率的量化方法,用于初步实现复合材料加筋板中加强筋布局与尺寸的优化.讨论了不同压缩与弯曲刚度的匹配模式对于复合材料加筋板临界失稳载荷的影响.将全局失稳载荷、局部失稳载荷与静载荷的接近程度作为评判结构承载效率的指标,构建了一种以压缩、弯曲刚度系数作为设计变量并反映结构效率的代理模型,避免了局部最优点的出现,更利于数值寻优.通过一种典型复合材料加筋板的有限元分析验证,发现压-弯刚度匹配模式与结构效率之间存在明显关系.优化后壁板的临界失稳载荷与所施加的静载荷基本一致,从而验证了基于承载效率以及结构总体刚度匹配关系的优化方法的可行性.     

弯扭载荷作用变刚度复合材料圆柱壳的屈曲优化

通过曲线纤维轨迹设计,变刚度复合材料圆柱壳将拥有比常刚度(直线纤维)圆柱壳更好的抗屈曲稳定性。为研究弯扭载荷作用下曲线纤维铺层形式和几何参数对变刚度复合材料圆柱壳屈曲性能的影响,建立了变刚度复合材料圆柱壳的参数化有限元模型,结合序列二次响应面方法和圆柱壳屈曲优化模型建立了复合材料圆柱壳曲线纤维轨迹优化的设计流程;以准各向同性铺层复合材料圆柱壳为比较基准,对弯扭载荷作用变刚度圆柱壳在不同铺层方式、不同几何参数下的屈曲性能进行了优化比较。数值结果表明:弯扭载荷作用下,变刚度圆柱壳的屈曲性能随弯矩载荷占比增加而提高,均好于准各向同性圆柱壳,但扭矩载荷占优时,优化常刚度圆柱壳的屈曲性能更具有优势。     

复合材料平尾加筋壁板剪切稳定性

针对某型支线客机复合材料平尾加筋壁板结构选型需求,采用p型有限元分析手段考察了不同筋条与蒙皮剖面面积比例对复合材料平尾加筋壁板承受面内剪切性能的影响,并采用试验测试对有限元预测结果进行验证。研究表明:p型有限元分析方法可以高效的完成复合材料平尾加筋壁板剪切稳定性分析,预测的结果较为准确,采用的分析方法可行、分析模型准确有效;复合材料平尾加筋壁板在剪切载荷作用下的典型破坏模式为蒙皮剪切失稳所导致的蒙皮和筋条界面分离;在筋条剖面面积/蒙皮剖面面积近似相同情况下,复合材料平尾加筋壁板的蒙皮截面积决定其承受剪切载荷的性能,但对其屈曲模态几乎没有影响。     

复合材料夹层圆柱壳的轴对称失稳问题

本文首先给出复合材料夹层圆柱壳大挠度问题的一般方程,然后在轴对称变形条件下进行简化,得到轴对称变形的非线性方程。在此基础上用摄动法,给出了复合材料夹层圆柱壳轴压轴对称屈曲方程,该方程与齐次边界条件一起构成分析轴对称失稳的特征值问题。通过详细分析得到了该特征值问题的解,无量纲的轴压临界值表达成无量纲的抗弯刚度参数,夹芯抗剪刚度参数和Badtoff几何参数的简单函数。通过这些无量纲参数,轴压临界值实际上是复合材料工程弹性常数,夹心横向剪切模量,各层纤维铺设角,铺层数,夹心相对于表层的厚度和圆柱壳参考中面几何尺寸的函数。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲分析

为了建立复合材料加筋壁板承受压缩载荷下屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法,对复合材料加筋壁板进行了压缩稳定性试验和有限元分析研究。采用特征值分析法对加筋壁板进行了屈曲分析,得到加筋壁板的屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;根据加载端的载荷-位移曲线采用弧长法(Riks),得到了弧长法的屈曲载荷及后屈曲承载路径;引入失效准则,得到后屈曲直至破坏的承载能力。对比两种有限元分析法与试验结果可以得到:加筋壁板的后屈曲承载能力很大,特征值法分析屈曲载荷较弧长法更精确,而弧长法可以更好模拟后屈曲行为,建立的分析法与试验结果吻合较好。     

用里兹法解复合材料层合板的屈曲问题

用里兹（Ritz）法求解复合材料展合板的屈曲问题。选取多项式作为试函数，得到了计算临界载荷的解析公式。算例表明，结果和文[1]的数值结果十分符合。变率配域法可能有不适用的情况发生。     

剪切刚度对复合材料层合扁球壳非线性振动屈曲的影响

本文采用突变理论，建立了复合材料层合扁球壳非线性振动屈曲的突变模型，分析了剪切刚度对复合材料层合球壳非线性振动屈曲性态的影响。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

基于有限元分析的变截面轴向力支撑片内式应变天平研制

内式应变天平的轴向力元件结构在受到大载荷尤其是大力矩载荷后,其支撑片上的最大应力是限制天平最大承载能力的主要因素。研制了一台大力矩内式应变天平,并采用有限元分析方法对轴向力元件的支撑片和测量梁进行了优化和改进。将支撑片的外形由传统的等截面改进为变截面,减小支撑片中间部位的厚度,并增加两端的厚度,在保持天平轴向刚度一致的基础上,降低了支撑片上的最大应力;采用变截面结构的轴向力测量梁,减小了测量梁上的应变梯度。有限元分析结果表明:与传统的等截面支撑片相比,变截面支撑片上的应力分布比较均匀,其根部最大应力减小了20%以上;与等截面测量梁相比,变截面测量梁上的应变梯度降低了79%。天平校准结果与有限元分析结果一致,风洞测力试验也表明该天平具有良好的稳定性。     

钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的数值验证

采用有限元法对等曲率井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的控制微分方程进行了求解,对准静态加载模型的合理性进行了数值验证,力学模型中考虑了钻柱的重力,澄清了钻柱螺旋屈曲特征值问题和准静态加载问题的理论基础。分析表明,等曲率井中钻柱的螺旋屈曲过程是一个稳定的加载过程,将等曲率井中钻柱的螺旋屈曲问题作为一个准静态加载问题来分析是合理的,采用准静态加载模型计算得到的钻柱初始失稳载荷与钻柱正弦屈曲线性特征值问题的分析结果吻合。     

考虑剪切变形时轴向载荷联合作用下压杆屈曲

在考虑剪切变形对压杆弹性屈曲影响的基础上,采用摄动法研究了压杆在轴向压力和轴向均布、载荷联合作用下的弹性屈曲问题,推导出了压杆弹性屈曲模态函数和屈曲载荷的特征方程,并讨论分析了剪切变形、轴向压力、轴向均布载荷对压杆屈曲的影响。算例分析表明,摄动法计算的结果与Bessel函数法计算的结果相差较小,剪切变形对压杆在轴向压力和轴向均布载荷联合作用下发生弹性屈曲影响不大。