本文關(guān)鍵詞：基于精化整體局部高階理論的層合板熱力問題有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)以其高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于航空航天、建筑工程、車輛工程等軍用和民用領(lǐng)域中。由于復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)各層材料屬性的不同,使其具有非均勻性、呈層性、各向異性以及對(duì)環(huán)境的敏感性等特征,因而在外荷載的作用下,其變形和破壞的過程較為復(fù)雜。復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)在加工制造以及實(shí)際運(yùn)用的過程中,承受巨大機(jī)械荷載的同時(shí),還往往伴隨著劇烈的溫度變化。機(jī)械荷載和溫度荷載的共同作用,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生顯著的層間應(yīng)力,從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的變形而破壞失效。因此,為了保證復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性,準(zhǔn)確有效地預(yù)測熱力作用下復(fù)合材料層合板中層間應(yīng)力的分布情況,已成為當(dāng)代學(xué)術(shù)界和工程界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文首先對(duì)復(fù)合材料層合板理論及層間應(yīng)力研究方法進(jìn)行了詳細(xì)的歸納總結(jié),發(fā)現(xiàn)精化整體局部高階剪切變形理論不僅滿足面內(nèi)位移和橫向剪切應(yīng)力層間連續(xù)條件,同時(shí)還可以直接應(yīng)用本構(gòu)方程計(jì)算面內(nèi)應(yīng)力和層間應(yīng)力,在兼顧計(jì)算效率的同時(shí),具有很高的精度。因此,選擇該理論作為本文的理論基礎(chǔ)。另外,基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的有限單元法不受實(shí)驗(yàn)環(huán)境、荷載形式、邊界條件等諸多因素的限制,可以求解具有任意復(fù)雜形狀與性能的結(jié)構(gòu)承受任意荷載的問題,被廣泛地運(yùn)用于復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)不同層次的研究中。因此,本文基于有限單元法對(duì)熱力載荷作用下復(fù)合材料層合板的響應(yīng)展開研究。主要研究工作包括：1)詳細(xì)推導(dǎo)了精化整體局部高階剪切變形理論。在充分考慮材料偏軸剛度系數(shù)的基礎(chǔ)上,通過在起始位移函數(shù)中引入面內(nèi)位移和層間應(yīng)力連續(xù)性條件,以及上下表面自由邊界條件,得到了含有19個(gè)獨(dú)立于層合板層數(shù)的未知變量的最終位移函數(shù),并以此為基礎(chǔ),采用DKQ單元,分別構(gòu)造了滿足單元間C0和C1連續(xù)的橫向位移函數(shù),建立了四節(jié)點(diǎn)四邊形單元,其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)含有19個(gè)自由度。此外,還給出了單元應(yīng)變矩陣與形函數(shù)矩陣的顯式表達(dá)式,為后續(xù)工作的展開奠定了理論基礎(chǔ)。2)開展了熱荷載單獨(dú)作用下復(fù)合材料層合板的響應(yīng)分析,并對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)中熱荷載作用下的三維彈性解答以及溫度場的選取進(jìn)行了簡單的闡述。數(shù)值算例采用沿厚度方向均勻分布和線性分布兩種方式的溫度場,從不同層數(shù)、不同網(wǎng)格劃分密度、不同跨厚比等多個(gè)方面,詳細(xì)地研究了復(fù)合材料層合板在熱荷載作用下的響應(yīng)分布情況。同時(shí)通過與解析解的對(duì)比,檢驗(yàn)了熱荷載下基于精化整體局部高階理論的層合板單元的有效性與準(zhǔn)確性。計(jì)算結(jié)果表明：該單元在求解熱荷載作用下層和板的響應(yīng)時(shí),具有相當(dāng)高的精度。3)在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,歸納和總結(jié)了力荷載及熱力荷載作用下層合板三維彈性解答,分別研究了兩類荷載作用下復(fù)合材料層合板的響應(yīng)。數(shù)值算例著重以三層[0/90/0]8正交鋪設(shè)層合板為研究對(duì)象,通過與文獻(xiàn)結(jié)果以及基于ABAQUS軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了基于精化整體局部高階理論的層合板單元在熱力荷載作用下的精確性。4)通過對(duì)不同跨厚比下復(fù)合材料層合板層間應(yīng)力的研究,分析了層間應(yīng)力隨跨厚比的變化規(guī)律,通過函數(shù)擬合,給出了相應(yīng)的關(guān)系式。此外,以三層層合板為例,計(jì)算了6種典型鋪設(shè)方式下的響應(yīng),分析了不同鋪設(shè)方式對(duì)層間應(yīng)力的影響規(guī)律,給出了減小層間應(yīng)力的方法和策略。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料層合板 整體局部高階理論 熱力荷載 層間應(yīng)力 有限元
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10-13
• 1.1.1 復(fù)合材料層合板的應(yīng)用10-11
• 1.1.2 熱力作用下層合板層間應(yīng)力分析的意義11-13
• 1.2 層合板層間應(yīng)力分析方法13-15
• 1.2.1 解析法13-14
• 1.2.2 數(shù)值法14-15
• 1.3 研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 層合板理論研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.2 層合板有限元法研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 本文的研究內(nèi)容20-22
• 第二章 精化整體局部高階剪切變形理論22-34
• 2.1 引言22-23
• 2.2 起始位移函數(shù)23-25
• 2.3 內(nèi)表面位移連續(xù)性條件25
• 2.4 層間應(yīng)力連續(xù)條件25-27
• 2.5 表面邊界條件27-32
• 2.6 最終位移函數(shù)32
• 2.7 本章小結(jié)32-34
• 第三章 熱荷載作用下層合板響應(yīng)分析34-52
• 3.1 引言34
• 3.2 熱問題本構(gòu)方程34-36
• 3.3 四節(jié)點(diǎn)四邊形單元的構(gòu)造36-40
• 3.3.1 C~0連續(xù)下橫向位移函數(shù)w~c的構(gòu)造36-37
• 3.3.2 弱C~1連續(xù)下橫向位移函數(shù)w~*的構(gòu)造37-38
• 3.3.3 位移函數(shù)38-39
• 3.3.4 單元應(yīng)變矩陣及剛度矩陣39
• 3.3.5 荷載列陣39-40
• 3.3.6 橫向正應(yīng)力的確定40
• 3.4 數(shù)值算例40-49
• 3.4.1 解析解的選取40
• 3.4.2 溫度場的選取40-41
• 3.4.3 厚度方向?yàn)槌?shù)的均布熱荷載41-46
• 3.4.4 厚度方向線性分布的熱荷載46-49
• 3.5 本章小結(jié)49-52
• 第四章 熱力作用下層合板響應(yīng)分析52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 力及熱力作用下外荷載列陣52-53
• 4.2.1 機(jī)械力作用下外荷載列陣52-53
• 4.2.2 熱-力作用下外荷載列陣53
• 4.3 軟件分析53-54
• 4.3.1 軟件介紹53
• 4.3.2 軟件建模過程53-54
• 4.4 數(shù)值算例54-60
• 4.4.1 力荷載作用層合板響應(yīng)研究54-55
• 4.4.2 熱力荷載作用下層間應(yīng)力響應(yīng)研究55-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 層間應(yīng)力初步優(yōu)化分析62-70
• 5.1 引言62
• 5.2 層間應(yīng)力影響因素探究62-69
• 5.2.1 跨厚比62-65
• 5.2.2 鋪層方式65-69
• 5.3 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 主要工作與討論70
• 6.2 未來工作展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-80
• 附錄Ⅰ Qua19單元形函數(shù)表達(dá)式80-82
• 附錄Ⅱ Qua19單元應(yīng)變矩陣表達(dá)式82-85
• 致謝85

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1 何陵輝;層合板應(yīng)力的一種簡單計(jì)算方法[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);1994年03期

2 譚惠豐,于增信,杜星文;層合板六參量幾何非線性高階剪切理論[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2000年01期

3 崔建國,傅永輝,李年,孫軍,何家文;金屬/金屬層合板疲勞性能研究[J];金屬學(xué)報(bào);2000年03期

4 陳曉,許可,戴詩亮;層合板分叉方程的Lyapunov-Schmidt約化分析[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2001年03期

5 朱海堂,張獻(xiàn)瑞,諶續(xù)國;用P型有限元分析層合板的應(yīng)力[J];鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2001年04期

6 崔海濤,溫衛(wèi)東,郝勇;碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料含孔層合板損傷破壞分析研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2002年02期

7 Ali Al-Mansour,程小全,寇長河;單面貼補(bǔ)修理后層合板的拉伸性能[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2005年03期

8 張二亮;張衛(wèi)紅;邱克鵬;;基于材料-結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)的層合板多級(jí)優(yōu)化方法[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2006年01期

9 章繼峰;張博明;杜善義;;基于健康監(jiān)測的層合板結(jié)構(gòu)載荷重構(gòu)[J];力學(xué)與實(shí)踐;2007年04期

10 陳建橋;彭文杰;魏俊紅;顧明凱;;考慮內(nèi)部損傷影響的層合板最終強(qiáng)度預(yù)測[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2009年01期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭文杰;陳建橋;;層合板自由邊處分層應(yīng)力的優(yōu)化研究[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會(huì)論文集（一）[C];2007年

2 張培偉;熊峰;王東平;;雙向編織碳纖維層合板的振動(dòng)破壞[A];中國力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

3 周曄欣;黃爭鳴;;新的極限強(qiáng)度判據(jù)和剛度衰減對(duì)橋聯(lián)理論模擬層合板精度的改善[A];復(fù)合材料力學(xué)的現(xiàn)代進(jìn)展與工程應(yīng)用——全國復(fù)合材料力學(xué)研討會(huì)論文集[C];2007年

4 佟麗莉;葛源源;;鋪層角度和厚度偏差對(duì)層合板熱性能的影響[A];第十五屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊）[C];2008年

5 邵闖;葛森;陶華;;層合板的聲響應(yīng)分析[A];中國航空結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)專業(yè)組第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2008年

6 康軍;關(guān)志東;黎增山;丁聰;黃志強(qiáng);;復(fù)合材料開口層合板拉伸應(yīng)變集中與失效分析[A];第十四屆中國科協(xié)年會(huì)第11分會(huì)場：低成本、高性能復(fù)合材料發(fā)展論壇論文集[C];2012年

7 卿尚波;晏麓暉;;纖維層合板抗彈性能數(shù)值模擬分析[A];第18屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅲ冊[C];2009年

8 戴相花;高存法;;含橢圓孔磁電彈層合板的彎曲問題研究[A];第16屆全國疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議程序冊[C];2012年

9 劉治東;唐頎;龐寶君;;基于等時(shí)差波陣面的層合板聲發(fā)射源定位[A];第十五屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊）[C];2008年

10 徐穎;溫衛(wèi)東;崔海坡;;低速?zèng)_擊下的層合板逐漸損傷擴(kuò)展模擬[A];第十六屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔡曉江;基于復(fù)合材料各向異性的切削力熱變化規(guī)律和表面質(zhì)量評(píng)價(jià)試驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 張文姣;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的疲勞損傷模型及分析方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 宮文然;含分層損傷復(fù)合材料（CFRP）層合板結(jié)構(gòu)屈曲和后屈曲力學(xué)行為研究[D];天津大學(xué);2015年

4 邵雪飛;具界面損傷功能梯度/纖維金屬層合板非線性力學(xué)行為研究[D];湖南大學(xué);2016年

5 阮江濤;含沖擊損傷縫合和未縫合層合板壓縮實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值分析[D];天津大學(xué);2012年

6 彭文杰;復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度預(yù)測方法及分層應(yīng)力最小化研究[D];華中科技大學(xué);2009年

7 謝昱;層合板的應(yīng)力分析及其剝離[D];清華大學(xué);1988年

8 辛士紅;纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板抗侵徹性能數(shù)值模擬研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

9 王丹勇;層合板接頭損傷失效與疲勞壽命研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

10 劉軍;損傷對(duì)層合板分層尖端場的影響及層間強(qiáng)韌化分析[D];東北大學(xué);2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳磊;正交異性層合板在力載和熱載下靜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)值模擬[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

2 劉奇;應(yīng)用纖維束復(fù)合材料試驗(yàn)研究層合板界面性能[D];華南理工大學(xué);2015年

3 陳敬宜;碳纖維層合板面內(nèi)壓縮強(qiáng)度研究[D];太原理工大學(xué);2016年

4 陳熹;壓電/磁電層合板的振動(dòng)分析[D];中北大學(xué);2016年

5 曹夢蕓;楊木層合板用預(yù)埋件的仿真設(shè)計(jì)及優(yōu)化[D];北京林業(yè)大學(xué);2016年

6 王縣委;層合板基頻與聲功率雙目標(biāo)優(yōu)化及靜力學(xué)分析[D];南昌航空大學(xué);2016年

7 梅亮;熱環(huán)境下層合板振動(dòng)特性及優(yōu)化分析[D];南昌航空大學(xué);2016年

8 杜霖;變剛度層合板力學(xué)性能分析及鋪放成型技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

9 周曉軍;基于變截面層合板的多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制備[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

10 馬名旭;碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料濕熱環(huán)境下沖擊損傷的研究[D];中國民航大學(xué);2016年

  本文關(guān)鍵詞：基于精化整體局部高階理論的層合板熱力問題有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：431507