2D纺织复合材料整体加筋壁板结构稳定性研究

发布时间：2017-10-10 16:27

  本文关键词：2D纺织复合材料整体加筋壁板结构稳定性研究

  更多相关文章： 2D二轴 2D三轴 双尺度建模 有限元模型 屈曲 后屈曲

【摘要】：先进复合材料结构在现代飞行器机体上的使用范围和应用比例,已成为衡量新型飞行器设计先进性的重要指标之一。2D纺织复合材料整体加筋壁板作为一种新颖的轻质高效结构,研究其稳定性,不仅是揭示该新型结构材料力学行为的重要研究内容,也是评估其承载能力、确保结构安全需亟待解决的关键问题之一。然而,其复杂的细观结构显著增加了该类材料整体结构设计与分析的难度,现有研究主要集中于2D纺织复合材料的基本弹性性能预测,对关于该类材料加筋壁板结构稳定性的研究较少。因此,紧扣2D纺织复合材料整体加筋壁板宏细观结构特征,建立高效的跨尺度力学分析模型,探寻其结构稳定性及影响规律,具有重要的学术价值和工程意义。本文基于双尺度建模思想,系统研究了2D纺织复合材料壁板及加筋壁板在典型载荷作用下的稳定性。首先,细观尺度上,基于2D纺织复合材料编织工艺,建立了2D二轴1?1和2D三轴编织复合材料的细观单胞几何模型,提出了胞元弹性性能分析预测模型。模型预测结果与试验结果吻合,证明了基于胞元预测结果表征材料宏观力学性能的有效性,并详细分析了编织角及纤维体积含量对2D纺织复合材料弹性性能的影响。其次,宏观尺度上,分别采用解析法和有限元方法,研究了2D二轴1?1和2D三轴编织复合材料壁板的压、剪屈曲性能,并深入讨论了维体积含量、编织角等对壁板压、剪屈曲特性的影响规律。同时,论文重点针对两种典型整体加筋壁板结构,采用有限元方法系统研究了其轴压屈曲和后屈曲行为。经验证,有限元模型预测结果与试验结果较为吻合,表明了所建模型的合理有效性,并系统研究了轴压下纤维体积含量、编织角、筋条高度等对加筋板屈曲和后屈曲行为的影响规律,获取了结构轴压下的非线性平衡路径和变形规律。研究结果表明,纤维体积含量、宽厚比对壁板屈曲载荷影响较大,而维体积含量、编织角、筋条密度参数等对加筋板屈曲载荷及后屈曲行为影响显著。
【关键词】：2D二轴 2D三轴 双尺度建模 有限元模型 屈曲 后屈曲
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 2D纺织复合材料简介12-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 弹性性能研究13-15
• 1.3.2 整体加筋板结构稳定性研究15-16
• 1.3.3 主要问题16
• 1.4 研究目标及内容16-17
• 1.5 论文结构安排17-18
• 第二章 基础理论及关键技术18-30
• 2.1 各向异性材料18-19
• 2.2 复合材料层板理论19-24
• 2.3 屈曲理论24-28
• 2.3.1 线性屈曲解析解24-25
• 2.3.2 非线性屈曲25-28
• 2.4 宏细观双尺度建模方法28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 2D纺织复合材料弹性性能研究30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 2D三轴编织复合材料细观胞元结构建模30-33
• 3.2.1 基本假设30-31
• 3.2.2 细观胞元参数31-32
• 3.2.3 单胞参数化实体模型32-33
• 3.3 2D二轴1×1 编织复合材料细观胞元结构建模33-36
• 3.3.1 基本假设33
• 3.3.2 细观胞元参数33-35
• 3.3.3 单胞参数化实体模型35-36
• 3.4 2D纺织复合材料细观胞元力学建模36-41
• 3.4.1 材料组分本构关系36-37
• 3.4.2 纤维束柔度矩阵37-39
• 3.4.3 细观胞元弹性常数39-41
• 3.5 2D纺织复合材料弹性性能预测41-46
• 3.5.1 2D三轴编织复合材料弹性性能预测41-43
• 3.5.2 2D二轴1×1 编织复合材料弹性性能预测43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 2D纺织复合材料壁板稳定性研究47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 2D纺织复合材料壁板屈曲分析有限元模型验证47-50
• 4.2.1 有限元建模47-48
• 4.2.2 有限元模型验证48-50
• 4.3 压缩载荷下 2D纺织复合材料壁板屈曲特性分析50-54
• 4.3.1 2D三轴编织复合材料壁板屈曲特性分析50-52
• 4.3.2 2D二轴1×1 编织复合材料壁板屈曲特性分析52-54
• 4.4 剪切载荷下 2D纺织复合材料壁板屈曲特性分析54-58
• 4.4.1 2D三轴编织复合材料壁板屈曲特性分析54-56
• 4.4.2 2D二轴1×1 编织复合材料壁板屈曲特性分析56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 2D纺织复合材料加筋板轴压稳定性研究60-83
• 5.1 引言60
• 5.2 典型 2D纺织复合材料整体加筋板结构型式60-61
• 5.3 2D纺织复合材料加筋板轴压屈曲、后屈曲分析有限元模型验证61-64
• 5.3.1 有限元模型建立61-62
• 5.3.2 有限元模型验证62-64
• 5.4 2D纺织复合材料加筋板轴压屈曲特性研究64-72
• 5.4.1 2D三轴编织复合材料加筋板轴压屈曲特性研究64-67
• 5.4.2 2D二轴1×1 编织复合材料加筋板算例设计67-68
• 5.4.3 2D二轴1×1 编织复合材料加筋板轴压屈曲特性研究68-72
• 5.5 2D纺织复合材料加筋板轴压后屈曲特性研究72-82
• 5.5.1 2D三轴编织复合材料加筋板轴压后屈曲特性研究72-77
• 5.5.2 2D二轴1×1 编织复合材料加筋板轴压后屈曲特性研究77-82
• 5.6 本章小结82-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 全文总结83
• 6.2 展望83-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-89

【参考文献】

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本文编号：1007410