雙軸壓縮荷載作用下豎向及旋轉(zhuǎn)彈性邊界約束復(fù)合材料板的屈曲研究.pdf

1、短跨度纖維增強(qiáng)樹脂(FRP)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)通常是一類由平板組裝而成的輕型結(jié)構(gòu)。它們具有比強(qiáng)度、比模量高,可設(shè)計(jì)性強(qiáng),價格低廉,易于成型等優(yōu)點(diǎn),因而在土木民用設(shè)施、航空航天領(lǐng)域等得到了廣泛的運(yùn)用。然而,由于其相對較低的剛度及薄壁幾何結(jié)構(gòu)特征,當(dāng)這類薄壁結(jié)構(gòu)承受各種荷載時,在材料達(dá)到極限強(qiáng)度破壞之前,結(jié)構(gòu)易因大變形而發(fā)生局部失穩(wěn)(局部屈曲)。
　　在短跨度FRP復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定性分析設(shè)計(jì)中,離散板分析由于高效、便捷、能將復(fù)

2、雜的三維空間穩(wěn)定性問題簡化為較為簡單的二維平面穩(wěn)定性問題等優(yōu)點(diǎn),從而得到了廣泛的運(yùn)用。本文運(yùn)用瑞利—利茲法和商業(yè)有限元軟件ANSYS,對這類短跨度 FRP復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)離散出來的腹板單元進(jìn)行了局部屈曲研究。具體工作內(nèi)容包括以下四個方面:
　　(1)獲取了臨界局部屈曲荷載的近似解析解以及部分顯式設(shè)計(jì)公式。本文以短跨度FRP復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)離散出的板單元為研究對象,具體以雙軸壓縮荷載作用下,一對邊邊緣受到旋轉(zhuǎn)彈性約束、另一對邊受到豎

3、向及旋轉(zhuǎn)彈性邊界約束的正交各向異性復(fù)合材料矩形板為數(shù)學(xué)研究模型,通過瑞利-利茲法,獲取了臨界局部屈曲荷載的近似解析解以及常用于工程前期預(yù)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性分析的顯式公式;
　　(2)進(jìn)行了精度驗(yàn)證、誤差分析、精度改良方案建議等相關(guān)工作。運(yùn)用商業(yè)有限元軟件ANSYS以及文獻(xiàn)中可供參考的數(shù)據(jù),對獲取的近似解析解和顯式公式進(jìn)行了精度驗(yàn)證。結(jié)果顯示對于其中的RRRR邊界約束情形,吻合良好,最大誤差為4.81％;但對于其中的RRVV邊界約束情形,最

4、大誤差達(dá)到26.37%。針對這一情況,后續(xù)進(jìn)行了相關(guān)的誤差分析,并對其中的RRVV邊界約束情形提供了精度改良方案建議;
　　(3)開展了相關(guān)的參數(shù)研究。研究了荷載比(?)、豎向彈性約束剛度(KV)、旋轉(zhuǎn)彈性約束剛度(KR)以及長寬比(?)對局部屈曲行為的影響;
　　(4)進(jìn)行了嘗試性的局部屈曲試驗(yàn)研究。運(yùn)用Southwell方法,對單軸壓縮下SSFF和SSSS邊界約束情形下的正交各向異性復(fù)合材料矩形板進(jìn)行了局部屈曲試驗(yàn)研究。