【摘要】：具有比強(qiáng)度大、比剛度高等優(yōu)勢(shì),復(fù)合材料在航空航天、汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)鋪絲技術(shù)的發(fā)展使得碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維可以在單層內(nèi)按照預(yù)設(shè)的軌跡鋪放,不再受限于傳統(tǒng)的±45°、0°和90°的直線形式。這樣的發(fā)展極大地?cái)U(kuò)展了鋪層設(shè)計(jì)的空間,為更大程度上發(fā)揮材料的性能提供了便利條件。屈曲是復(fù)合材料薄壁加筋結(jié)構(gòu)的重要破壞形式之一,將變角度鋪設(shè)引入加筋結(jié)構(gòu)可以提供結(jié)構(gòu)的極限荷載。本文主要開展了曲線鋪放的復(fù)合材料層合板、加筋平板結(jié)構(gòu)的壓縮、剪切和拉伸失效研究。在此基礎(chǔ)上開發(fā)了變角度復(fù)合材料層合板屈曲計(jì)算程序和加筋平板結(jié)構(gòu)壓潰分析標(biāo)準(zhǔn)化工具模塊。首先,進(jìn)行了變角度復(fù)合材料有限元分析的列式推導(dǎo),得到了線性屈曲、非線性屈曲的控制方程,在此基礎(chǔ)上自主開發(fā)了計(jì)算變角度復(fù)合材料有限元靜力分析、線性屈曲分析軟件。經(jīng)過大量算例的計(jì)算結(jié)果對(duì)比,證明了其計(jì)算結(jié)果誤差在5%以內(nèi)。其次,將上述分析方法拓展到功能更為全面的商業(yè)軟件中,通過二次開發(fā),建立了基于有限元方法的變角度復(fù)合材料加筋平板結(jié)構(gòu)的壓潰分析模型,進(jìn)而用于開展結(jié)構(gòu)和失效模式更為復(fù)雜的變角度復(fù)合材料加筋平板結(jié)構(gòu)的承載能力分析。對(duì)不同工況下、不同加筋形式、不同鋪層設(shè)計(jì)下的加筋平板進(jìn)行了壓潰分析,得到了優(yōu)于傳統(tǒng)鋪層的變角度鋪放形式。分析了初始幾何缺陷、黏性系數(shù)、橫肋設(shè)計(jì)、橫肋離面位移約束對(duì)屈曲模態(tài)、極限承載能力的影響。確定了拉剪工況下,在多項(xiàng)式鋪設(shè)軌跡下,帽形加筋平板曲線鋪設(shè)軌跡的T0和T1取值范圍。第三,與壓縮分析相比,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的拉伸分析相對(duì)簡(jiǎn)單,但也是復(fù)合材料靜載分析的重要指標(biāo),本文亦開展了變角度復(fù)合材料層合板的拉伸行為研究。測(cè)定了變角度復(fù)合材料層合板的拉伸強(qiáng)度,并對(duì)其失效行為進(jìn)行了模擬。依照變角度鋪絲方案,將開孔板最大主應(yīng)力的方向離散到開孔板有限元計(jì)算模型中,得到了優(yōu)于傳統(tǒng)鋪層的失效強(qiáng)度,證明了變角度鋪設(shè)的優(yōu)異性。最后,基于以上加筋平板壓潰分析的計(jì)算方法,以商業(yè)軟件ABAQUS作為求解器,開發(fā)了加筋平板結(jié)構(gòu)壓潰分析模塊,為工程應(yīng)用提供了方便有效的工具軟件。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB115;TB33

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本文編號(hào)：2703324