基于一阶剪切理论的分层复合材料湿热屈曲的多尺度分析

发布时间：2020-03-27 04:43

【摘要】：复合材料是当下十分热门的一种工程材料。本文根据复合材料力学和板壳力学的基本理论和知识,引入Reddy J.N.提出的一阶剪切理论的模型,综合研究了复合材料矩形板在考虑中面剪切变形、脱层子板接触界面上的接触效应以及在湿热场环境下的屈曲问题,是一个多场、多尺度的综合性问题。推导出脱层板的屈曲控制方程,结合具体的算例分析了在不同的脱层参数、不同的湿热场下层合板的屈曲荷载变化情况,并与有限元模拟解进行了比较。本文主要的内容如下:推导脱层板的屈曲控制方程。首先确定了本问题分析的四分区层合板模型,引入Reddy J.N.的一阶剪切理论,考虑在中面处横向剪力所引起的剪切变形。不同于Kirchhoff-Love的直法线假设,即板壳变形后其法线方向垂直于中面,脱层板中面剪切变形由两部分组成:一是薄板产生面外挠度带来的转角变化,另外一个是法线相对于中面的夹角改变。结合板壳力学的知识,针对脱层上下子板之间的接触效应,分析脱层界面上下两部分的局部变形机制并应用复合材料微观力学,确定分层界面的接触性能。进而在层合板的本构方程中引入湿度和温度的影响,利用复合材料力学的知识建立考虑湿热效应的复合材料层合板本构方程。从经典的层合板屈曲控制方程出发,推导出考虑一阶剪切、接触效应和湿热效应影响下总的屈曲控制方程。屈曲控制方程的求解。结合本模型四边简支的边界条件以及各子板之间的位移和转角的连续性条件,确定本问题求解需要的定解条件。利用分离变量的方法将各子板的位移函数和转角函数表示成单重三角级数解的形式,求解各子板的关于模态参数的高次幂方程,确定解的表达式,结合定解条件得到关于屈曲荷载的齐次方程组,利用迭代法得出不同参数下的屈曲荷载值。数值分析和有限元分析。选取某个特定算例参数,结合求出的解利用数值软件MATLAB编程计算不同参数下的屈曲荷载,分别讨论不同参数对层合板的屈曲解的影响。然后开发有限元软件ABAQUS进行建模分析,与理论解进行对比验证。
【图文】：

暨南大学硕士学位论文造体育运动器件和用作建筑材料等。现代高科技的发展离不开复合材料，复合材代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。 表 2015 年统计的碳纤维复合材料的应用市场，可以看到，几乎涵盖了我们日常生活一个领域。然在国内复合材料的制备和使用行业刚刚进入成长期，但随着先进复合材料研发性生产陆续展开，科技成果向下游应用转化过程逐步完善，相关配套工装设计与术的不断进步，应用领域正在不断扩大，在轨道交通、汽车、建筑、机械、医子、通信、环保、海洋船舶、机器人、无人机、体育休闲等国民经济领域具有广用前景。

层合板的稳定性分析，得到理论解，对于实过程中的损失，避免造成经济损失及保障生三大判别标准分别是强度、刚度和稳定性。微小的增量，则结构的平衡位形将发生很大相应的荷载称为屈曲荷载或临界荷载。复合切荷载和压缩荷载作用时，当荷载增加到一外一种平衡状态，此时属于不稳定平衡状态的载荷值称为临界屈曲载荷。复合材料层合板的屈曲模态可以分为三种类，，不同的屈曲模态取决于贯穿脱层的脱层参也依次经历了整体屈曲到混合屈曲再到局部模态的示意图[4]：
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】

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1 刘述伦;薛江红;王t

本文编号：2602479