复合材料加筋板后屈曲强度工程分析方法探讨

复合材料加筋板的屈曲性态研究(包括初始屈曲、后屈曲分析以至二次屈曲和最终破坏),其目的在于预测壁板在初始屈曲后的刚度降以及对加筋结构整体抗屈曲能力的影响,给出最终的破坏载荷。 目前,国内外有关加筋板屈曲的研究工作还仅限于以线弹性分析为基础的简化计算模     

复合材料加筋圆柱壳稳定性的非线性有限元分析

 本文应用全拉格朗日列式法,对具有纵、横向加筋的叠层圆柱壳进行了非线性有限元稳定性理论公式的推导及求解过程的探讨。文中应用Sander's壳体理论的几何非线性及横向剪切,推导了矩形壳元及与该壳元变形相协调的直梁元与曲梁元的刚度矩阵,编制了FORTRAN计算程序。计算了柱、曲拱、曲壳拱,碳纤维加筋圆柱壳均匀轴压下的前后屈曲。也可用于计算加筋筒壳的弯曲、压-弯及外压等情况。     

航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲力学性能

航空复合材料加筋板由于具有良好的力学性能,广泛地应用于航空结构中。本工作研究了航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲力学性能,首先应用工程方法对复合材料加筋板进行压缩稳定性计算,得到加筋板的屈曲载荷和破坏载荷的预估值;其次,开展复合材料加筋板压缩稳定性实验,得到实验件的屈曲及破坏形式、实验件的载荷-应变及载荷-位移关系和实验件的屈曲载荷和破坏载荷。结果表明:采用工程方法得到的计算结果与实验结果较为吻合,屈曲载荷和破坏载荷的误差分别为6.12%和9.31%,合理应用工程方法可以为实验提供较好的指导;加筋板的破坏形式为壁板的分层、鼓包和撕裂、筋条的断裂以及筋条-壁板的脱粘;屈曲比为1.65的复合材料加筋板具有较强的后屈曲承载能力;工程中可充分应用加筋板的后屈曲承载能力提高结构的利用效率。     

轴压载荷下复合材料加筋板后屈曲承载能力研究

建立了轴压载荷下复合材料加筋板后屈曲承载能力分析有限元模型,计算了航空结构中典型的工字型、T型和帽型复合材料加筋板的屈曲载荷,并采用渐进损伤分析方法对复合材料加筋板后屈曲极限破坏载荷与破坏模式进行了研究.研究了筋条截面形状、筋条铺层方式对复合材料加筋板后屈曲特性的影响,研究结果可以为复合材料加筋板的设计提供参考.     

复合材料薄壁加筋板的压缩后屈曲研究

针对复合材料薄壁加筋板的轴压后屈曲问题,结合相关试验,采用有限元方法进行了分析,并考虑了不同分析参数的影响。结果表明,在后屈曲分析中使用立即失效模型表征材料的失效行为更符合实际情况。对于薄壁结构,在模型中添加胶层单元对结构总体行为有较大影响,在实际设计过程中可以用不含胶层单元的模型预测结构的破坏载荷和失效模式。     

复合材料加筋板后屈曲设计技术欧盟研究综述

为了保持竞争力,欧洲的飞机工业要求降低开发和使用成本,短期和长期分别降低20%和50%。为了实现这一目标,欧盟在框架计划下支持了一系列复合材料加筋结构后屈曲技术相关的研究项目。飞机复合材料加筋板具有较强的后屈曲承载能力,在飞机设计中可大幅提高结构的承载效率。本文介绍了欧盟在该领域的发展概况,从项目背景、目标、开展的工作、分析方法以及研究成果等方面阐述了欧盟在第五、第六和第七框架及其他项目下支持的复合材料加筋结构后屈曲设计分析技术相关研究项目,并分析了该领域技术的发展趋势及带来的启示。     

航空碳纤维树脂基复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲性能

开展了复合材料加筋板轴压稳定性实验,对加筋板的屈曲及后屈曲性能、破坏模式和后屈曲失效表征进行了研究.实验结果表明加筋板在轴压下具有良好后屈曲承载潜能,破坏载荷约为屈曲载荷的2.2倍;其屈曲模式为筋条间蒙皮首先发生屈曲失稳,筋条在整个承载过程中保持直线,起到“屈曲分隔”的作用.通过对加筋板屈曲及后屈曲性能的理论分析,得出的理论屈曲载荷和理论破坏载荷与实验结果相对误差均小于8%,并确定了在后屈曲过程中蒙皮中心挠度的变化规律和轴向载荷的面内分布特征.      

航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲性能

开展了航空复合材料加筋板压缩试验,得到了加筋板的屈曲载荷、破坏载荷及破坏模式.加筋板平均屈曲载荷和平均破坏载荷分别为587.5,968.25kN,后者是前者的1.65倍,表明加筋板在压缩载荷下存在较强的后屈曲承载能力,其破坏模式主要是筋条的脱黏、断裂以及壁板的撕裂,破坏位置通常在加筋板中部.应用有限元软件得到了加筋板的屈曲载荷、破坏载荷及后屈曲损伤过程,其中屈曲载荷、破坏载荷与试验结果较吻合,误差分别为-9.97%和8.45%,验证了有限元模型的有效性.研究了加筋板纤维和基体出现损伤的先后顺序,结果表明在后屈曲过程中加筋板纤维先于基体出现损伤,尤其是筋条中部纤维的损伤最为严重,加筋板破坏之前基体基本不存在损伤.      

复合材料叠层板壳材料非线性有限元分析

 本文采用通用于复合材料叠层厚、薄板壳的Heferosis三维退化曲壳元,利用Hill屈服准则和层状模型法,研制了针对金属基复合材料叠层板壳进行弹塑性分析的超参元程序。算例结果表明,叠层板壳分析方法和所编程序是可靠的,精度良好。     

复合材料层合扁曲板的轴压屈曲和初始后屈曲分析

本文分析具有正交模量特性的复合材料层合扁曲板在轴压下的屈曲和初始后屈曲问题。作为应用的例子,分析了两种不同铺层形式的长扁曲板的轴压屈曲和初始后屈曲问题,并得出了一些对工程结构设计有参考价值的结论。     

双轴应力下含裂纹加筋曲板剩余强度的弹塑性有限元计算

 采用考虑了大应变的弹塑性有限元方法,以裂纹尖端张开角为断裂准则,实现了双向受载条件下加筋曲板中裂纹起裂到失稳整个扩展过程的数值模拟计算;还对与加筋曲板有同样尺寸的加筋平板进行了分析和计算。结果表明,所提出的分析方法和所采用的断裂准则适用于对含裂纹加筋结构所进行的剩余强度分析。     

梁壳组合结构的一种非线性有限元计算方法

提出了梁壳垂直组合结构在有限元计算中存在的问题,并以几何大变形问题为依托提供了解决该问题的计算原理和有限元方法。数值算例证明了该理论和方法的正确性。该法不仅适用于梁壳组合结构的大变形非线性计算,也适用于静动力小变形问题的线弹性分析计算。     

实际结构钉孔接触的弹塑性有限元分析

 本文介绍了选择受载严重钉孔的原则和采用弹塑性接触有限元计算孔边应力分布的方法。实验表明本方法和结果具有一定的可靠性和实用价值。     

采用梁元的加强框结构可靠度计算

以梁元为可靠性分析单元建立了一种新的加强框结构的可靠性计算模型,采用可靠性理论方面的新成果进行了分析计算,研究了若干参数(如可靠性分析单元个数、元件强度差异系数和相关系数坟外载荷差异系数)对计算结果的影响,为加强框设计提供了依据。     

复合材料层合板壳通用单元和等网格加筋板壳的局部稳定性

 本文根据多变量拟协调罚函数法构造了15自由度三角形复合材料层合板壳厚薄通用单元。文中以各向同性和等网格加筋板壳的局部稳定性为算例,证明了该单元的有效性,并讨论了结构跨厚比α/h,弹性模量比E_1/E_2、铺设角,铺层数以及边界支承条件与剪切效应和耦合效应间的关系。     

任意载荷下加筋旋转壳稳定性分析的半解析有限元

本文推导了一个半解析加筋锥壳元（图1）的线性刚阵和几何刚阵,该元可用于加筋旋转壳在任意载荷下的弹性稳定性分析。规定环向筋条和纵向筋条分别置于壳元的母线和周线上。     

最少自由度板弯有限元

 本文用混合刚度有限元方法构造了解薄板弯曲问题的6自由度三角形和8自由度四边形混合刚度板元。数值算例表明性能良好。     

大型工程结构的有限元动力模型优化法

研究以振动试验测得的飞机结构固有频率为目标值的有限元动力模型的优化问题。应用了一种单元组合法,该方法基于动力平衡方程以及正交性。通过修改质量矩阵的元素来优化,使计算出的固有频率与试验测得的频率值基本一致,并成功地应用于无人机水平尾翼模型上,效果良好     

球对称热应力问题的有限元误差分析

本文设计了一个求解球对称热应力的模型问题。从结点位移的解析解出发,利用有限元的位移线性插值函数,按照结点平均、单元平均或在单元重心取值等方法,计算应力和应变,然后与对应的解析解比较。结果表明,除按结点平均取值法算得的周向应变在理论上无误差外,其余量在内点具有二阶精度,在边界上为一阶精度;并表明了它们与温度梯度指数n的关系,应变的相对误差正比于n~2/31,应力的相对误差正比于n~3/31。因此,即使结点位移无误差,此时仍应以n~3Δr~2/31的误差阶作为单元划分的参考准则。