含泡沫填充复合材料加筋板非线性屈曲模拟试验方法研究

论文摘要

复合材料加筋板结构性能优越,在航空、航天等领域得到广泛应用。层压板在纯剪切载荷作用下会发生失稳屈曲,但加筋板结构在屈曲以后不会立刻发生破坏,而是具有很大的承载能力,即后屈曲强度。因此为了控制结构失效,利用后屈曲强度提高承载能力,提高结构的利用率,需要对加筋板的屈曲及后屈曲特性进行研究。本文首先针对非线性后屈曲中的几何非线性问题进行了分析,建立了带泡沫加筋条的复合材料层压板对接结构模型,并对加筋板在剪切载荷下的屈曲行为进行数值模拟。通过线性屈曲分析得到加筋层压板结构发生屈曲的临界载荷,屈曲变形的形貌特征。在线性屈曲分析的基础上,对加筋板结构进行后屈曲分析,得出结构在剪切载荷作用下的后屈曲平衡路径。文中通过对不同条件下临界载荷及载荷-位移曲线的分析,得出面板厚度及铺层,筋条数目,铺层及加筋填充泡沫等因素对复合材料层压板屈曲及后屈曲特性的影响。为了分析加载装置对剪切试验的影响,本文建立了包含试验加载装置的试验结构有限元模型,包括加载夹具、夹持过渡段、连接螺栓等,在此基础上进行了剪切性能试验的有限元模拟,得到剪切载荷作用下,泡沫加筋层压板的应力应变及位移分布情况;研究了试验装置几何参数和过渡区铺层方式对试验结果的影响,确定了夹具钢片的厚度,夹持过渡段铺层的设置,连接螺栓的直径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外相关研究
• 1.3 研究方法及内容
• 第二章 加筋板稳定性分析及有限元方法
• 2.1 加筋层压板结构稳定性分析
• 2.1.1 复合材料结构稳定性分析的特点
• 2.1.2 结构稳定性分析理论
• 2.1.3 线性及非线性屈曲分析
• 2.2 复合材料层压板的几何非线性屈曲及后屈曲理论
• 2.3 非线性有限元分析软件MSC/MARC
• 2.3.1 MARC 屈曲分析
• 2.3.2 MARC 线性屈曲分析
• 第三章 加筋层压板结构屈曲及后屈曲分析
• 3.1 引言
• 3.2 屈曲及后屈曲分析模型
• 3.2.1 模型结构描述
• 3.2.2 材料参数
• 3.2.3 网格划分及单元属性
• 3.2.4 边界条件及载荷
• 3.3 复合材料加筋板稳定性影响参数分析
• 3.3.1 加筋板面板参数设置对屈曲特性的影响
• 3.3.2 泡沫加筋参数对屈曲特性的影响
• 3.3.3 连接段参数对结构屈曲特性的影响
• 3.3.4 上下板相对位置对屈曲特性的影响
• 3.4 复合材料加筋板后屈曲特性影响参数分析
• 3.4.1 面板参数设置对后屈曲特性的影响
• 3.4.2 泡沫加筋参数对后屈曲特性的影响
• 3.4.3 连接段参数对后屈曲特性的影响
• 3.4.4 上下板相对位置对后屈曲特性的影响
• 3.5 小结
• 第四章泡沫加筋层压板剪切性能试验模拟
• 4.1 引言
• 4.2 试验模拟有限元模型
• 4.2.1 模型结构描述
• 4.2.2 材料参数
• 4.2.3 单元属性设置
• 4.2.4 边界条件及载荷
• 4.3 加筋板剪切试验模拟分析
• 4.4 试验模拟分析及结果讨论
• 4.4.1 夹具钢片厚度对模拟结果的影响
• 4.4.2 夹持过渡段厚度对模拟结果的影响
• 4.4.3 连接螺栓直径对模拟结果的影响
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表或录用的论文
• 附件