军用复合材料箱形导梁及其剪力滞效应研究

论文摘要

复合材料箱形导梁及其剪力滞效应的研究对军用桥梁的快速架设与机动,高效完成其保障任务具有重要的理论意义和军事应用价值。鉴于军用导梁在保障部队机动中的重要性和现有研究的不足,本文采用了理论分析与数值模拟相结合的方法,系统深入地研究了复合材料箱形导梁的结构设计、荷载作用下的弯曲及复合材料箱形梁剪力滞效应等问题。本文的主要工作和创新性成果如下:(1)在现有研究的基础上,对复合材料箱形导梁进行了初步设计,确定了复合材料箱形导梁的结构形式、截面尺寸,重点考虑了复合材料夹芯结构连接设计的基本原则,对不同连接部位采用了合理的连接方式,并对悬臂推出架设中导梁的长度进行了计算。(2)采用初等梁理论对复合材料夹芯结构进行了合理等效,理论分析了复合材料箱形导梁的弯曲正应力、箱形梁整体抗弯刚度、各铺层及层间剪应力,分析了考虑剪切变形的复合材料箱形梁的挠度,为研究复合材料箱形导梁提供了简化的理论分析方法。(3)建立了复合材料箱形梁的有限元分析模型,通过试验和理论分析验证了有限元模型的可靠性与合理性。应用MSC.NASTRAN有限元计算软件和理论分析两种方法同时计算了复合材料箱形导梁的弯曲挠度和正应力分布。对比结果表明,理论分析复合材料箱形导梁的挠度具有很高的精度,但是在分析其正应力时和实际的分布并不吻合,分析表明这种差异是由于复合材料箱形梁中存在剪力滞效应所造成的。(4)分析了复合材料箱形梁剪力滞效应,给出了复合材料箱形梁剪力滞系数的定义;理论分析了箱形梁剪力滞效应产生的原因;采用数值模拟重点分析了复合材料箱形梁中各铺层剪力滞效应的主要影响因素,得到了复合材料箱形梁剪力滞效应的分布规律;最后运用变分法对复合材料悬臂箱形梁的剪力滞效应进行了理论求解,得出了考虑剪力滞效应的箱形梁正应力的计算公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与选题依据
• 1.2 箱形导梁的研究现状
• 1.2.1 导梁的研究现状与发展趋势
• 1.2.2 箱形梁剪力滞效应的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 复合材料箱形梁分析的理论基础
• 2.1 复合材料力学基本理论
• 2.1.1 复合材料单向板的应力应变关系
• 2.1.2 层合板内力与变形关系
• 2.2 复合材料夹芯结构基本力学原理
• 2.3 复合材料箱形梁分析的有限元方法
• 2.4 箱形梁剪力滞效应的变分解法
• 2.4.1 基本假定
• 2.4.2 控制微分方程
• 2.4.3 控制微分方程的求解
• 2.5 本章小结
• 第三章 复合材料箱形导梁的结构设计与计算
• 3.1 复合材料导梁的截面形式及尺寸拟定
• 3.2 复合材料导梁的连接
• 3.2.1 复合材料夹芯板的连接
• 3.2.2 复合材料导梁与导梁的连接
• 3.2.3 复合材料导梁与主梁的连接
• 3.3 复合材料导梁长度的计算
• 3.3.1 复合材料导梁的计算简图
• 3.3.2 复合材料导梁的线密度
• 3.3.3 复合材料导梁长度计算
• 3.3.4 算例分析
• 3.4 复合材料箱形梁的初等梁理论
• 3.4.1 复合材料箱形梁的正应力
• 3.4.2 复合材料箱形梁的抗弯刚度
• 3.4.3 复合材料箱形梁的剪应力
• 3.4.4 复合材料箱形梁挠度的理论解
• 3.5 本章小结
• 第四章 复合材料箱形导梁的数值分析
• 4.1 有限元模型的建立及验证
• 4.1.1 复合材料箱形梁的有限元模型
• 4.1.2 有限元模型的验证
• 4.2 复合材料箱形导梁的挠度分析
• 4.2.1 挠度的计算
• 4.2.2 计算结果分析
• 4.3 复合材料箱形导梁的应力分析
• 4.3.1 应力的计算
• 4.3.2 计算结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 复合材料箱形梁的剪力滞效应
• 5.1 复合材料箱形梁的剪力滞效应
• 5.2 箱形梁剪力滞效应产生的机理
• 5.2.1 薄壁箱形梁的弯曲剪应力
• 5.2.2 剪应力对翼板正应力分布的影响
• 5.3 复合材料箱形梁剪力滞效应数值分析
• 5.3.1 铺层角度
• 5.3.2 悬臂部分
• 5.3.3 截面位置
• 5.3.4 宽跨比
• 5.3.5 荷载形式
• 5.4 剪力滞效应的变分解法
• 5.4.1 基本假定
• 5.4.2 总势能表达式
• 5.4.3 控制微分方程与求解
• 5.4.4 复合材料箱形悬臂梁的剪力滞效应
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与建议
• 6.1 总结
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文