對稱層合圓柱殼體表層局部分層屈曲問題研究.pdf

1、.上il辱Sc通習(xí)吮學(xué)簇頤士學(xué)位論文摘要廈合材料層合結(jié)構(gòu)在航空航天、船艦制造和建筑等行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是由于制造工藝中的缺陷、外來微粒的進(jìn)入、或者使用過程中受到外來低能量沖擊，內(nèi)部不可避免地會存在一些損傷。層間分層便是其中較為普遍和嚴(yán)重的損傷形式。當(dāng)整體結(jié)構(gòu)受到的載荷達(dá)到某一臨界值時，分層引起局部屈曲，當(dāng)載荷繼續(xù)增加時，則可能發(fā)生分層的擴展，使得結(jié)構(gòu)的強度和剛度明顯下降，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)整體破壞。im此研究層合結(jié)構(gòu)的局部分層屈曲

2、具有重要的理論意義和應(yīng)用價值7本文應(yīng)用能量法首先研究了對稱鋪層的閉合圓柱形層合殼體在軸向載荷下的表層局部分層屈曲問題表層分層形式有三角形、橢圓和雙紐線分析了母層殼、子層殼的幾何參數(shù)、物理參數(shù)同分層屈曲臨界應(yīng)變值之間的關(guān)系。然后，研究了在溫度載荷下對稱鋪層的閉合圓柱形層合殼體的表層局部分層屈曲問題其中，考慮了材料性質(zhì)不隨溫度變化而變化的線性熱屈曲問題和材料性質(zhì)隨溫度變化而變化的非線性熱屈曲問題。另外，還研究了層合圓柱殼體表層局部分層的擴展

3、問題礴過實例計算，得出了一些在工程中有實際參考價值的結(jié)論介‘關(guān)鍵詞復(fù)合材料，圓柱形層合殼體，分層屈曲，溫度載荷，分層擴展上海交通大學(xué)E眨士學(xué)位論文第一章前言纖維增強復(fù)合材料具有比強度高、比剛度高、耐疲勞性好及可設(shè)計性好等特點，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、飛行器結(jié)構(gòu)、化工、民用及其它工程結(jié)構(gòu)中。由于復(fù)合材料特殊的力學(xué)性能，復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的損傷形式與均質(zhì)各向同性材料相比有很大的區(qū)別，所涉及的問題也更為復(fù)雜。分層是纖維增強復(fù)合材料層合板特有的

4、一種損傷形式，制造過程中的缺陷、自由邊緣的應(yīng)力集中、特別是低能量的沖擊等都可能在層合板的某個局部引起層間的分層損傷。由于分層降低了層合板的局部剛度，在面內(nèi)壓縮內(nèi)力的作用下，層合板很容易發(fā)生局部分層屈曲，進(jìn)而引發(fā)分層的不穩(wěn)定擴展，使層合板的整體剛度和強度嚴(yán)重退化，甚至失效。這種常見的損傷形式對復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的強度和剛度的影響十分復(fù)雜，分析起來難度很大。存在分層損傷的復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)強度和剛度都將被削弱，在外載作用下將導(dǎo)致層合結(jié)構(gòu)的性能嚴(yán)

5、重退化或破壞，大量的使用經(jīng)驗和理論研究工作都證明了這一點。因此，分析分層損傷對復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)強度和剛度的影響是一個理論性和實用性都很強的課題。近年來復(fù)合材料板局部分層屈曲問題，一直是國內(nèi)外學(xué)者的熱點課題之一[12345671.早期的理論工作大多是采用一維模型研究穿透分層層合板[I8】和二維薄片模型[369]研究分層靠近表層的層合板的局部分層屈曲和分層擴展的問題。然而，在實際工程中，分層多是埋藏在層合板內(nèi)表面，幾何形狀也比較復(fù)雜，問題具

6、有明顯的三維性質(zhì)，上述模型已不能給出滿意的結(jié)果。目前，對于這方面的研究工作主要有兩種方法，一種是RayleighRitz法(RR)法[691，另一種是有限元素法91。在應(yīng)用RayleighRitz法時，有些方法只局限于計算準(zhǔn)各向同性基層上的正交各向異性分層的屈曲臨界應(yīng)變，面內(nèi)載荷也只能是以軸壓為主，而忽略各種禍合剛度的影響.以上的RR法的過多簡化，使其計算結(jié)果只能在特定條件下與有限元素法的計算結(jié)果相一致.相比之下，采用有限元素法進(jìn)行計算

7、分析時，可以放棄上述簡化，更符合工程的實際條件。但有限元素法的計算機時過長，給工程界的使用也帶來了一些不便。以前有很多學(xué)者[I.’?！?，’81011121對層合板的一維、二維層合板的矩形、橢圓形子層作過深入的研究，這些學(xué)者都沒有考慮層合板在溫度載荷下的分層屈曲問題。文獻(xiàn)【13〕考慮了對稱鋪層閉合圓柱形層合殼體表層局部分層為矩形的情況，但作者沒有考慮溫度的影響和表層局部分層為其它形狀時的情況。文獻(xiàn)〔21.[141和【15〕對復(fù)合材料層