對(duì)稱(chēng)層合圓柱殼體表層局部分層屈曲問(wèn)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(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是由于制造工藝中的缺陷、外來(lái)微粒的進(jìn)入、或者使用過(guò)程中受到外來(lái)低能量沖擊，內(nèi)部不可避免地會(huì)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(shí)，分層引起局部屈曲，當(dāng)載荷繼續(xù)增加時(shí)，則可能發(fā)生分層的擴(kuò)展，使得結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(jià)值7本文應(yīng)用能量法首先研究了對(duì)稱(chēng)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(wèn)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(duì)稱(chēng)鋪層的閉合圓柱形層合殼體的表層局部分層屈曲問(wèn)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(wèn)題和材料性質(zhì)隨溫度變化而變化的非線性熱屈曲問(wèn)題。另外，還研究了層合圓柱殼體表層局部分層的擴(kuò)展

3、問(wèn)題礴過(guò)實(shí)例計(jì)算，得出了一些在工程中有實(shí)際參考價(jià)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(kuò)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(qiáng)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度高、耐疲勞性好及可設(shè)計(jì)性好等特點(diǎn)，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(wèn)題也更為復(fù)雜。分層是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板特有的

4、一種損傷形式，制造過(guò)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(gè)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(kuò)展，使層合板的整體剛度和強(qiáng)度嚴(yán)重退化，甚至失效。這種常見(jiàn)的損傷形式對(duì)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度的影響十分復(fù)雜，分析起來(lái)難度很大。存在分層損傷的復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)強(qiáng)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?chē)?yán)

5、重退化或破壞，大量的使用經(jīng)驗(yàn)和理論研究工作都證明了這一點(diǎn)。因此，分析分層損傷對(duì)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的影響是一個(gè)理論性和實(shí)用性都很強(qiáng)的課題。近年來(lái)復(fù)合材料板局部分層屈曲問(wèn)題，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的熱點(diǎn)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(kuò)展的問(wèn)題。然而，在實(shí)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(wèn)題具

6、有明顯的三維性質(zhì)，上述模型已不能給出滿(mǎn)意的結(jié)果。目前，對(duì)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(shí)，有些方法只局限于計(jì)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(guò)多簡(jiǎn)化，使其計(jì)算結(jié)果只能在特定條件下與有限元素法的計(jì)算結(jié)果相一致.相比之下，采用有限元素法進(jìn)行計(jì)算

7、分析時(shí)，可以放棄上述簡(jiǎn)化，更符合工程的實(shí)際條件。但有限元素法的計(jì)算機(jī)時(shí)過(guò)長(zhǎng)，給工程界的使用也帶來(lái)了一些不便。以前有很多學(xué)者[I.’?！?，’81011121對(duì)層合板的一維、二維層合板的矩形、橢圓形子層作過(guò)深入的研究，這些學(xué)者都沒(méi)有考慮層合板在溫度載荷下的分層屈曲問(wèn)題。文獻(xiàn)【13〕考慮了對(duì)稱(chēng)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(méi)有考慮溫度的影響和表層局部分層為其它形狀時(shí)的情況。文獻(xiàn)〔21.[141和【15〕對(duì)復(fù)合材料層