非对称铺层复合材料层合板多稳态特性研究

发布时间：2020-04-02 07:31

【摘要】：非对称铺层层合板具有多个稳定构型,通过一个激励可以实现层合板不同构型间的相互转换转换,是变体结构重要的可选构型。准确预测非对称铺层层合板的多稳态构型对于结构的实际应用具有重要意义。本文首先针对一般非对称铺层层合板建立了解析模型,在验证模型的有效性后,使用该模型对非对称铺层层合板参数的影响进行了研究。本文还在一般非对称铺层层合板解析模型的基础上研究了组合非对称铺层层合板解析模型,并通过与有限元结果的对比验证了解析模型的有效性。本文具体研究内容如下:本文建立了基于高阶多项式函数的稳态近似解析模型。基于最小势能原理,利用瑞利里兹法和牛顿迭代法对新的解析模型进行了求解。同时利用ABAQUS对复合材料层合板双稳态构型进行了数值模拟。选取了多组具有代表性的铺层进行计算,以有限元计算结果为基准,比较了本文的位移场结果与文献中的结果,验证了高阶位移场函数的有效性。探讨了层合板面内尺寸,面外尺寸以及铺层角度对层合板双稳态构型和构型间跳转难度的影响。同时对非对称铺层层合板双稳态构型出现的条件进行了探究。本文对解析模型进行了调整以适应组合非对称铺层层合板的边界条件,利用调整后的解析模型对层合板稳态构型进行了预测。利用ABAQUS对稳态构型进行了有限元分析。通过有限元分析结果与理论计算结果的对比,验证了调整后解析模型的有效性。并针对一些特殊的组合非对称铺层层合板进行了分析,讨论了层合板铺层角度对稳态数量的影响。
【图文】：

柱形图,层合板,稳定圆,平面形

层合板形状：(a)平面形, (b)不稳定马鞍形，(c)和(d)两种稳定圆柱形to 和 Hyer[8]研究了非对称层合板温度变化对层合板稳态构型曲率的影度，基于层合板加热到加工温度再冷却到室温的过程是可逆的理念，加热，然后测量了变形。除了得出温度变化与曲率的关系，，他们还分厚度以及热量的分布对层合板最终形状的影响。工作主要集中在正交铺设的非对称层合板上，这种构型的一个重要缺变只能在一个方向变化，而另一个方向的曲率变化接近于零，这简化验中发现对 Hyer 的模型对任意角度铺设层合板稳态的预测并不理想验发现对于任意角度铺设的层合板，主方向的曲率并不能够很好地描此还需要计算层合板的扭转曲率，他们在文献[7]的位移方程的基础移模型。但是由于方程的局限性，新的位移模型只有曲率的参数可以知参数。Peeters[10]中修改了文献[9]中的工作，对于任意角度铺设的示面内位移，所有相关层合板主曲率的方向假定为与边界成 45°角。通合板对比，Peeters 的数学模型是适用的，实验结果与理论解较为一角度铺设的层合板时 Peeters 的理论出现了很大误差，Peeters 认为问

稳态,对称铺层,形状,组合层

了一个高阶位移解析模型对非对称铺层层合板进行了稳态构型预测。两者的问题在于，高阶次项数较少，且都仅仅是针对正交铺设的层合板进行了对比分析，并不能完全验证新的高阶位移模型具有更高的精度。除了计算曲率时有较大误差，低阶次的位移模型在计算层合板跳变所需外力时也有较大误差。Dano 和 Hyer[15]研究了非对称正交层板的突然跳变的临界外力。Schleeht 和 Schulte[16中研究了层合板中间点被固定时引发突然跳变的临界力，Dano 和 Hyer[11]中做了进一步的实验测量正交层合板突然跳变所需要的力矩。这些文献都是基于低阶次的位移模型计算得出的。但是 Diaconu[17]的实验得出的加载比参考文献[11]预测的突然跳变加载高了 30-50%。Pirrera[18-19]分别通过更高阶位移模型和有限元结果验证了这一结论。在一般的非对称铺层层合板的基础上，研究者提出了一种全新的连续结构-组合非对称铺层层合板。目前对这类组合非对称铺层层合板的多稳态性质研究较少。Mattioni[20]在研究作为变形结构的双稳态层合板时，提出了一种全新的了连续结构。他将对称铺层的层合板和不对称铺层的层合板组合到一起形成了一个全新的矩形板，这种矩形板也具有双稳态性，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V214.8;TB33

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