瓦楞夹层板弯曲载荷下的理论推导和工程设计

发布时间：2017-10-04 03:21

  本文关键词：瓦楞夹层板弯曲载荷下的理论推导和工程设计

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【摘要】：作为一种新型的多功能复合夹层结构,瓦楞芯夹层板具有轻质、高韧性、抗冲击能力好等特点,被广泛用于工程领域的结构设计。一种典型的瓦楞夹层板是由两层面板和介于面板之间的瓦楞芯层构成,面板和瓦楞芯层通过焊接或者胶结的方法连接为一个整体,瓦楞芯层将两层面板分开并能够抵抗垂直方向的变形。结构的合理设计将影响整体结构的动静态力学性能,然而,基于有限元的数值分析方法将导致计算时间长;基于实验研究的分析方法,由于试件制造过程中的缺陷将影响实验的准确性,另外大尺寸结构将会受到实验设备的限制。基于此,本文通过理论推导对铝质瓦楞夹层板在弯曲载荷下的性能进行研究,并进行结构参数和材料参数的抗弯曲设计。本文通过能量方法及其等效均质模型,推导出瓦楞芯层的等效材料参数,将该瓦楞芯层视为正交各向异性板,通过经典层合板理论将瓦楞芯层和两层面板组合到一起,并得到整体结构的等效材料参数。并采用有限元仿真方法得到结构的等效材料参数与理论推导得到的等效材料参数进行比较。通过等效方法将瓦楞夹层板看作正交各向异性板,并通过Mindlin正交各向异性板理论,得到在指定边界条件下的瓦楞夹层板受弯曲载荷作用的位移封闭解;并通过有限元方法得到的有限元解与解析解进行比较的同时研究了瓦楞夹层板微观结构参数对弯曲载荷下中心点最大位移的影响。最后,基于推导得到的位移解析解,以最小位移和最小质量为优化目标,对瓦楞夹层板在弯曲载荷下微观结构参数进行多目标优化设计,通过非支配遗传算法(NSGA-II)得到一组包含了最优目标的Pareto前沿面。基于推导得到的位移解析解,对瓦楞夹层板的宏观结构参数以及材料选取进行抗弯曲设计。本文对瓦楞夹层板的理论推导和抗弯性能进行了研究,为瓦楞夹层板在一定条件下的应用提供了一定的技术支持,研究结果对于瓦楞夹层板在结构设计中的参数选取和材料选取具有一定的指导意义和参考价值。
【关键词】：瓦楞夹层板 等效材料参数 弯曲载荷 理论推导 抗弯设计
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 问题的提出10
• 1.2 夹层结构在工程领域的应用10-14
• 1.3 研究目的和意义14
• 1.4 瓦楞夹层结构研究现状14-18
• 1.4.1 瓦楞夹层结构理论模型研究现状15-16
• 1.4.2 瓦楞夹层结构等效参数研究现状16-17
• 1.4.3 瓦楞夹层结构弯曲理论研究现状17-18
• 1.5 本文的主要研究内容18-19
• 第2章 瓦楞夹层板等效材料参数的理论推导19-32
• 2.1 瓦楞芯层的等效材料参数19-25
• 2.1.1 xz平面等效剪切模量G~c_(xz)20-22
• 2.1.2 x方向等效弹性模量E~c_x22-23
• 2.1.3 y方向等效弹性模量E~c_y23-24
• 2.1.4 yz平面等效剪切模量G~c_(yz)24
• 2.1.5 xy平面等效剪切模量G~c_(xy)和G~c_(yx)24-25
• 2.1.6 平面内泊松比v~c_(xy)和v~c_(yx)25
• 2.1.7 等效密度ρ~c25
• 2.2 瓦楞夹层板的等效材料参数25-27
• 2.2.1 等效弹性模量E_x 、E_y和泊松比v_(xy)、v_(yx)26
• 2.2.2 平面等效剪切模量G_(xy)和G_(yx)26-27
• 2.2.3 横向等效剪切模量G_(xz)和G_(yz)27
• 2.3 等效材料参数的有限元解27-31
• 2.3.1 Hyperworks软件介绍28
• 2.3.2 有限元模型的建立28-30
• 2.3.3 理论结果与仿真结果的对比分析30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 瓦楞夹层板弯曲载荷下的理论计算32-42
• 3.1 Mindlin板理论32-35
• 3.2 弯曲载荷下的理论计算35-38
• 3.2.1 控制方程与弯曲刚度35-37
• 3.2.2 边界条件及计算37-38
• 3.3 弯曲载荷下的有限元解及微观参数研究38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 瓦楞夹层板的抗弯曲设计42-54
• 4.1 瓦楞夹层板的结构特性和设计原则42-43
• 4.1.1 瓦楞夹层板结构的基本特性42-43
• 4.1.2 瓦楞夹层板结构的设计原则43
• 4.2 瓦楞夹层板结构抗弯曲设计43-49
• 4.2.1 优化算法43-44
• 4.2.2 瓦楞夹层板瓦楞芯拓扑构型优化44-45
• 4.2.3 瓦楞夹层板厚度尺寸优化45-47
• 4.2.4 瓦楞夹层板宏观尺寸设计47-49
• 4.3 瓦楞夹层板材料抗弯曲设计49-52
• 4.3.1 瓦楞夹层板结构材料选择49-51
• 4.3.2 面芯同种材料瓦楞夹层板抗弯曲设计51-52
• 4.3.3 面芯异种材料瓦楞夹层板抗弯曲设计52
• 4.4 本章小结52-54
• 总结和展望54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 附录A 攻读学位期间发表的论文以获得奖励62-63
• 附录B 攻读学位期间所参加的科研项目63

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本文编号：968348