论文摘要
树脂基纤维复合材料不仅具有比强度和比刚度高的力学特点,同时拥有可设计性好、疲劳性能好等独特的工程性能,已广泛应用于航空航天、交通运输、建筑工程等领域,成为极具发展前景的新一代结构材料。本文针对航空航天运载器中常用的先进复合材料格栅加筋(AGS)结构,使用解析和数值模拟方法,分别对几何完整AGS圆柱壳和圆锥壳受压缩载荷下的力学行为开展了较为深入的研究,并研究了开口对AGS柱壳承载力的影响及其补强方案。该项研究是国家重点基础研究发展计划973计划课题“超轻多孔材料和结构创新构型的多功能化基础研究”(2006CB601205)、国家自然科学基金重大研究计划(90816025)、国家自然科学基金面上项目(10702012)和辽宁省博士科研启动基金项目(20071093)子课题的研究内容之一。本论文主要研究工作如下：1.几何完整AGS回转壳体稳定性分析的解析方法AGS回转壳体具有大量相似的格栅单胞且具有周期对称的性质,可以考虑采用均匀化方法进行简化。本文分别给出了考虑格栅沿母线方向均匀分布和不均匀分布的AGS壳体等效刚度表达式,然后,基于复合材料层合板理论,推导了在轴压和侧外压作用下的完整AGS回转壳体稳定性解析方法。最后,通过典型算例将采用解析计算方法与有限元法所得到的结果进行了比较,验证了本文提出的模型和方法的可靠性和普适性。2.几何完整AGS回转壳体结构的优化设计由于AGS回转壳体的稳定性性能受到多变量控制,其优化分析为高度非线性问题；同时,AGS圆柱壳体优化分析具有多约束、设计变量为连续和非连续混合变量的特点。本文采用多岛遗传算法,将连续变量转化为非连续变量,成功地实施了在不同承载力要求下几何完整AGS回转壳体的最小重量设计。由轴压和侧压载荷下,三种格栅构型的最小重量优化结果比较表明,等格栅是复合材料格栅加筋圆柱壳体的最优构型。3.开口对AGS圆柱壳承载力的影响及其补强在工程应用中,常需要在AGS圆柱壳上开孔。但由于开孔减小了结构的有效承载面积,从而降低结构的极限承载能力。本文使用有限元方法,对具有矩形开口的AGS圆柱壳屈曲行为开展了研究工作,通过典型AGS壳体结构分析,讨论了补强区域大小、补强厚度和补强区域铺层方向对结构整体承载力的影响,由结果表明,采用特定补强措施可以有效地提高具有开孔的AGS壳体结构的承载能力。
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标签：先进复合材料格栅加筋结构论文; 整体和局部稳定性论文; 格栅分布不均匀性论文; 多岛遗传算法论文; 开口壳体和补强论文;