复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

复合材料加筋板剪切屈曲与后屈曲承载特性

采用试验、工程算法及有限元方法研究了复合材料加筋板剪切性能。首先进行了剪切试验,试验结果表明：加筋板失效模式为筋条脱粘、蒙皮局部破损,加筋板的破坏载荷是屈曲载荷的1.14倍。然后,对工程算法进行修正,提出了一种计算屈曲载荷的快速分析方法;工程算法得到的屈曲载荷相对误差为3.53%。最后,建立了有限元模型,模型考虑了试验件与夹具的连接;通过有限元方法得到的屈曲载荷、屈曲模态及破坏模式与试验结果一致;与试验相比,屈曲载荷、破坏载荷的相对误差分别为2.21%、14.4%。     

复合材料加筋结构剪切屈曲模态分析

复合材料加筋壁板逐渐应用于大型飞机机身及机翼结构,采用试验和有限元的方法研究了加筋壁板结构的剪切屈曲特性。通过剪切试验获得加筋壁板结构的屈曲载荷和破坏载荷,结果表明当结构达到屈曲状态时并不会立马丧失承载能力,屈曲载荷占破坏载荷的81.8%。对比含夹具和无夹具的剪切屈曲载荷可知,夹具对加筋板的屈曲稳定性影响较大,在进行仿真模拟时,忽略夹具可能导致严重的错误。同时,边界条件的差异会导致结构的屈曲稳定性发生改变,夹具的强弱会影响结构的传力路径,合适的边界条件可以极大地改善结构的稳定性。     

结构-功能一体化异种复合材料壁板优化与验证

基于航空壁板结构承载-电气功能的一体化需求,对适用于智能蒙皮的异种复合材料壁板开展了优化设计与试验验证。通过在高模量碳纤维蒙皮的外侧增加玻璃纤维层,进行了以碳纤维-玻璃纤维-金属结构单元阵列-玻璃纤维复合顺序的壁板承载-电气功能一体化设计。针对异种复合材料结构的铺层优化需要考虑共胶接的分区域及铺层连续性的工艺要求,发展了基于丢层序列的优化方法,并对于加筋壁板的几何外形、筋条数量、筋条几何参数以及筋条与蒙皮的铺层角度进行了优化设计。通过压缩稳定性试验验证了该结构在承载能力和稳定性方面的收益,明晰了其压缩载荷下的屈曲模态及后屈曲失效机理。     

后屈曲复合材料加筋壁板的破坏预测方法

建立了复合材料加筋壁板屈曲和后屈曲有限元分析模型.该模型采用实体单元有效模拟筋条和蒙皮之间的连接.连接界面采用二次应力准则作为损伤起始判据、混合能量准则作为损伤扩展判据,并自定义损伤变量实现刚度非线性衰减.复合材料壁板采用断裂面准则作为失效判据,该判据能有效判断基体的失效.基于ABAQUS动态显示分析步,模拟了复合材料加筋壁板在压缩载荷下屈曲和后屈曲的过程,有限元分析结果与试验数据对比良好,证明了该方法的有效性.     

压剪组合作用下复合材料壁板的后屈曲承载能力

通过复合材料加筋壁板后屈曲有限元分析,预测盒形薄壁结构在弯扭组合作用下的承载能力.壁板基于修正的一阶剪切理论,四边简支,变形时保持直线.后屈曲分析采用弧长法和基于渐近分析的路径转换技术.定义了三种逐渐破坏状态,利用Hoffman准则,考虑单层板的破坏对于刚度的影响,确定壁板的后屈曲承载能力.数值计算结果表明,复合材料加筋壁板屈曲后有相当大的后屈曲承载能力,预测结果与复合材料盒段弯扭组合试验结果符合良好.     

复合材料加筋板剪切屈曲有限元分析

为研究加筋板结构在板边界受到集中载荷和分布载荷下的屈曲特性,应用有限元软件ANSYS对复合材料加筋板在纯剪切条件下的屈曲行为进行数值模拟,分析其在不同加载条件下的屈曲模态。结果表明：均布载荷时,屈服载荷最大,结构最稳定;集中载荷时,屈服载荷较小,稳定性较好;部分分布载荷时,屈服载荷最小,稳定性最差。分析结果可为优化设计和工程应用提供理论参考。     

环向加筋圆筒储物仓侧压屈曲

在理论和数值上分析了环向加筋圆筒储物仓的屈曲情况,获得了在侧压作用下的临界屈曲载荷．首先将环向筋条看作离散分布问题,用能量法进行较精确的理论分析;然后采用通用的有限元程序ANSYS模拟模型得到其数值解．结果表明,得到的数值解与解析解符合较好,有限元法是分析加筋圆筒储物仓屈曲问题的有效方法．     

整体加筋壁板裂纹的应力强度因子研究

通过基于ANSYS的整体加筋壁板三维有限元模型,系统研究了筋板面积比β(即筋条与壁板横截面积之比)以及筋条高宽比(h/b)对壁板内中心对称穿透直裂纹应力强度因子的影响。研究发现:在裂纹向两侧均匀扩展并不断靠近筋条的过程中,只有合理设计筋条尺寸,筋条才能对裂纹应力强度因子起到有效削弱作用,从而延长结构疲劳寿命。给定筋板面积比,若筋条宽或者筋条高不大于壁板厚度(h/t≤1或b/t≤1),应力强度因子随着筋条高宽比的增大而增大,筋条止裂作用减弱;而当筋条宽和筋条高均大于壁板厚度时(h/t>1且b/t>1),应力强度因子随着筋条高宽比的增大而减小,筋条止裂作用增强。基于大量有限元结果拟合的壁板裂纹应力强度因子经验公式可供工程人员进行快速估算。     

典型复合材料整体化壁板结构刚度研究

由于复合材料耦合作用及结构中材料的不连续,复合材料整体化壁板在面内拉伸和剪切载荷作用下会发生面外的变形,从而影响壁板面内变形的测试。采用数值分析和试验的方法研究了三种复合材料整体化壁板的刚度,建立整体化壁板面内刚度测试方法,提出了壁板描述面内变形的表征参数。结果表明:三种壁板中带筋条的壁板剪切刚度最大,普通的层压板拉伸刚度最大。     

高温环境下含典型凹坑缺陷蜂窝夹芯板特征值屈曲性能

蜂窝夹芯板在运输、使用过程中,可能在面板上产生形式各异的凹坑,研究高温环境下含凹坑缺陷蜂窝夹芯板的屈曲性能对评估结构安全和可重复使用具有重要意义。基于Python语言构建了含圆形凹坑缺陷、含正方形凹坑缺陷、含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板参数化有限元模型,分析了恒温和变温下凹坑缺陷关键参数对蜂窝夹芯板特征值屈曲性能影响规律,结果表明不管是恒温环境还是变温环境,随着凹坑缺陷直径(边长)或者凹坑深度的增大,蜂窝夹芯板临界失稳载荷降低;对比分析了等面积缺陷和等周长缺陷下三种典型缺陷对结构特征值屈曲性能的影响,结果表明等面积缺陷下,含圆形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者,等周长缺陷下,含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者。     

板架屈曲临界应力的敏感性系数

采用有限元法计算平面板架屈曲的临界应力和失稳波形，推导出临界应力对结构几何参数和物理参数的敏感性系数计算的一般公式．临界应力及其敏感性系数计算均考虑金属材料的物理非线性．采用切线模数理论对受压构件的弹性模数进行修正．本文结果主要用于板架结构稳定的可靠性分析     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

铝合金舟桥甲板结构优化设计

针对铝合金舟桥甲板结构,基于MSC／OPTISHAPE中的均匀化方法给出了其拓扑优化,进而基于MSC／NASTRAN给出了其尺寸优化．以某舟桥结构为背景,以应力作为约束条件,给出了铝合金甲板受轮式载荷作用时上下表板以及夹心斜板的最小重量优化设计,并对所得的优化解进行了线性稳定性校核．所得结果对工程实际有一定的参考意义．     

复合材料加筋壁板长桁终止端失效分析

为了研究复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏机制,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于壁板与长桁缘条之间的脱胶损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,所建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下壁板与长桁缘条间的脱胶过程,且能较好地预测该结构的承载能力与分层面积。     

双曲壳结构复合材料的热临界屈曲温度分析

以双曲壳结构复合材料为研究对象,利用有限元Block-Lanczos研究分析法对复合材料层合双曲壳结构在温度场下热屈曲行为进行研究,并研究了复合材料层合双曲壳铺层厚度、边界条件、纤维方向等对临界屈曲温度的影响。结果表明:在均匀温度场下复合材料层合双曲壳临界屈曲温度与边界条件、铺层厚度、纤维方向有密切关系并成一定规律分布。通过对复合材料双曲壳结构的热屈曲性能分析,为复合材料结构设计和实际工程应用提供了一种有效的分析及建模方法。