軸壓載荷作用下復(fù)合材料單筋條壁板后屈曲與損傷耦合分析-展示頁
2025-07-30 17:25本頁面
【正文】 材料界面的一種簡化，但通過適當(dāng)?shù)剡x取參數(shù)，可以反映出界面層的特性。在ABAQUS分析軟件中，纖維增強復(fù)合材料初始損傷判據(jù)基于Hashin準則，由上面知該判據(jù)考慮四種破壞機理：纖維拉伸、纖維壓縮、基體拉伸、基體壓縮。1980年，Hashin提出了改進的三維失效判據(jù)，Hashin認為橫向應(yīng)力和剪切應(yīng)力對基體在拉伸或壓縮載荷下的損傷也有貢獻。其中單層內(nèi)的失效形式主要為基體開裂和纖維斷裂，分層失效模式主要為層間拉伸分層失效和剪切分層失效等。下面將采用上述方法對單筋條壁板進行結(jié)構(gòu)后屈曲分析。特征值屈曲，僅考慮結(jié)構(gòu)的線性行為。特征值屈曲分析即為“結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定分析”，指結(jié)構(gòu)在外載荷作用下，在原來的平衡狀態(tài)之外，出現(xiàn)了另一種平衡狀態(tài)。平面載荷下復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的屈曲分析涉及到特征值問題的解答。鑒于上面所述，本文重點研究復(fù)合材料整體壁板的后屈曲承載能力：針對一種材料體系（T700/BA9916），本文設(shè)計了三種單筋條壁板試驗件（L型、T型和M型筋條），采用ABAQUS商業(yè)化有限元分析軟件共建立了9個分析模型，對其軸壓失效過程進行了模擬分析，并將不同分析結(jié)果和分析方法進行了對比，得到了一些有意義的結(jié)論，并對以后的工作進行了展望。另外，從飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來看，整體壁板在機身和機翼等部件上的使用越來越多，這源于整體壁板具有很多性能優(yōu)點：（1）可大大地減輕結(jié)構(gòu)重量；（2）沒有蒙皮與長桁連接的孔，可提高整體油箱密封性，大大地減少殼體結(jié)構(gòu)密封材料的用量；（3）凈截面面積大于常規(guī)結(jié)構(gòu)，從而提高了結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，同時可承受比較高的壓縮屈曲載荷；（4）可大大地減少連接件和零件數(shù)量，減少裝配工作量，簡化了協(xié)調(diào)關(guān)系；（5）外形尺寸準確，表面光滑，減少飛行阻力，提高飛機性能。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體化設(shè)計技術(shù)，是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)低成本、高性能的有效途徑。整體化設(shè)計指的是將若干個零件設(shè)計成一個較大的整體件，從而減少零件數(shù)量，減少連接件和連接過渡區(qū)附加重量、減少裝配，進而減輕結(jié)構(gòu)重量、降低成本。針對一種材料體系（T700/BA9916），設(shè)計了三種單筋條壁板試驗件（L型、T型和M型筋條），采用ABAQUS商業(yè)化有限元分析軟件共建立了9個分析模型，分別采用了結(jié)構(gòu)后屈曲分析方法、融合漸進損傷分析的結(jié)構(gòu)后屈曲分析方法和融合內(nèi)聚力模型的結(jié)構(gòu)后屈曲分析方法對相關(guān)模型的軸壓失效過程進行了模擬分析，并將不同分析結(jié)果和分析方法進行了對比，得到了一些對結(jié)構(gòu)單元的細節(jié)設(shè)計具有指導(dǎo)意義的結(jié)論，并對進一步的研究工作進行了展望。軸壓載荷作用下復(fù)合材料單筋條壁板后屈曲與損傷耦合分析南京航空航天大學(xué)二〇〇八年十月摘 要復(fù)合材料加筋壁板是航空工程中應(yīng)用比較廣泛的典型結(jié)構(gòu)細節(jié)件，對其力學(xué)性能進行研究具有重要意義。用數(shù)值分析方法研究復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)單元在軸壓作用下的失效機理和傳載特性，對復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：單筋條壁板，后屈曲分析，漸進損傷分析，內(nèi)聚力模型，承載能力目 錄摘 要 i第一章 引言 1第二章 有限元分析方法 2 結(jié)構(gòu)后屈曲分析 2 漸進損傷分析 2 3第三章 有限元建模與分析 4 試驗件設(shè)計 4 有限元建模與分析 4 L型單筋條壁板 5 T型單筋條壁板 13 M型單筋條壁板 21 29第四章 結(jié)論與展望 31 全文總結(jié) 31 工作展望 31第一章 引 言隨著先進復(fù)合材料在飛行器結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多，結(jié)構(gòu)設(shè)計理念正在發(fā)生變革，目前的主要發(fā)展趨勢是采用整體化的設(shè)計思想。整體化工藝設(shè)計也日益受到重視與應(yīng)用，如B2飛機外翼整體翼面壁板、正弦波腹板梁、機翼整體下翼面壁板、A380安定面格柵結(jié)構(gòu)壁板、整體纏繞機身等。用數(shù)值分析方法研究復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)單元在軸壓作用下的失效機理和傳載特性，對復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)的設(shè)計有重要的指導(dǎo)意義。因而對整體壁板的力學(xué)性能進行分析，對飛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的意義。第二章 有限元分析方法 結(jié)構(gòu)后屈曲分析復(fù)合材料加筋板的屈曲是指當(dāng)平面載荷達到使初始平直的平衡狀態(tài)不再穩(wěn)定而撓曲成為曲面形狀，使產(chǎn)生偏離平面狀態(tài)的載荷稱為屈曲載荷。具體分析方法如下：（1）首先進行特征值屈曲分析，得到一些特征值和屈曲模態(tài)。在數(shù)學(xué)推導(dǎo)中解決的是一個求解特征值的問題，故而被稱為特征值屈曲分析。（2）由于第一階模態(tài)最容易發(fā)生（載荷最?。?，取初始屈曲模態(tài)的橫向位移值作為初始擾動加入到后面進行實際結(jié)構(gòu)承載分析，得到結(jié)構(gòu)的承載特性和失效破壞過程，這就是結(jié)構(gòu)后屈曲分析。 漸進損傷分析復(fù)合材料層壓板是多相材料，其失效問題很復(fù)雜，主要包括單層內(nèi)的材料失效和層間的分層失效模式。復(fù)合材料的損傷是一個漸進損傷的過程，薄弱處的失效會引起載荷的重新分配，各種不同形式的損傷會造成復(fù)合材料層壓板的剛度不斷折減，最后達到完全破壞，這是一個漸進的損傷過程，考慮材料失效過程及失效后結(jié)構(gòu)性能不斷變化的分析方法稱之為漸進損傷分析方法(Progressive Damage Analysis, PDA)。 纖維拉伸失效： (21)纖維壓縮失效： (22)基體拉伸失效： (23)基體壓縮失效：
化學(xué)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1