本文關(guān)鍵詞：翼面結(jié)構(gòu)屈曲及后屈曲快速設(shè)計與分析方法研究

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【摘要】：飛機結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要問題之一。目前工程上對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析仍以線性屈曲分析為主。隨著分析精度的提高以及減重的要求,飛機翼面上的加筋板/盒段結(jié)構(gòu)的后屈曲分析與設(shè)計越來越受到重視。本文從工程角度入手,考慮壓縮、剪切以及其他工況,采用理論推導(dǎo)、有限元分析與試驗研究相結(jié)合的方法,發(fā)展了一種翼面結(jié)構(gòu)屈曲以及后屈曲快速設(shè)計與分析方法,結(jié)果表明該方法能夠提高屈曲分析的精度與后屈曲分析的效率。在屈曲分析方面,傳統(tǒng)的工程簡化分析方法將邊界條件簡化為簡支,往往會導(dǎo)致保守設(shè)計而使結(jié)構(gòu)的重量增加,而一旦為了減重將邊界條件簡化為固支,則結(jié)構(gòu)可能存在提前失穩(wěn)的風(fēng)險,其根本原因在于屈曲應(yīng)力計算不準(zhǔn)確。本文采用里茲能量法,考慮筋條的彈性支持以及筋條軸向壓力對蒙皮局部屈曲的影響,建立了軸壓加筋板的理論分析模型,同時指出筋條下緣條對于蒙皮屈曲具有一定影響,給出了蒙皮板元寬度的近似取法;考慮了筋條與蒙皮的連接形式,給出了單排鉚釘與多排鉚釘?shù)姆治龇椒�。結(jié)合筋條局部屈曲、加筋板整體屈曲分析方法與筋條扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性校核,能夠?qū)θ我庑问降募咏畎暹M行屈曲分析并給出屈曲位置、屈曲載荷和屈曲半波數(shù)。結(jié)果表明精度較工程簡化分析方法有明顯提高。本文進一步將加筋板屈曲分析方法推廣到盒段結(jié)構(gòu)上,考慮泊松效應(yīng)和蒙皮參與區(qū),可以對關(guān)鍵位置格子蒙皮進行軸壓、剪切、壓剪屈曲分析,并給出屈曲載荷,結(jié)果與有限元結(jié)果吻合良好。在后屈曲分析方面,建立復(fù)合材料加筋板緣條-蒙皮局部脫膠解析模型,將有效寬度法與局部脫膠解析模型相結(jié)合,使得用工程方法求解加筋板后屈曲脫膠起始載荷成為可能。結(jié)合屈曲分析,能夠給出任意加筋板從屈曲到后屈曲完整的位移載荷曲線。其優(yōu)勢在于不僅精度良好,而且計算效率較有限元方法大大提高,適用于工程初步設(shè)計階段。
【關(guān)鍵詞】：屈曲 后屈曲 里茲能量法 扭轉(zhuǎn)彈性支持 有效寬度法 界面脫膠 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V214
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-17
• 注釋表17-19
• 第一章 緒論19-39
• 1.1 屈曲研究背景及研究現(xiàn)狀19-24
• 1.1.1 引言19
• 1.1.2 工程簡化分析方法19-20
• 1.1.3 Hyper Sizer軟件屈曲分析方法20-21
• 1.1.4 里茲能量法21-22
• 1.1.5 風(fēng)險性與保守性22-24
• 1.1.6 小結(jié)24
• 1.2 后屈曲研究背景及研究現(xiàn)狀24-39
• 1.2.1 引言24-25
• 1.2.2 后屈曲設(shè)計理念25-26
• 1.2.3 后屈曲有限元分析方法26-31
• 1.2.4 含損傷加筋板分析設(shè)計指南31-33
• 1.2.5 后屈曲有限元分析與設(shè)計實例33-35
• 1.2.6 后屈曲工程分析方法35-38
• 1.2.7 小結(jié)38-39
• 第二章 平板屈曲分析理論39-46
• 2.1 概述39
• 2.2 板元工作狀態(tài)分類分析39-40
• 2.3 里茲能量法40-41
• 2.4 單軸壓平板屈曲分析41-44
• 2.4.1 兩側(cè)受圣維南扭轉(zhuǎn)桿支持的板元41-43
• 2.4.2 兩側(cè)受到扭轉(zhuǎn)彈簧支持的板元43
• 2.4.3 一側(cè)彈簧支持一側(cè)自由的板元43-44
• 2.5 復(fù)合材料剪切平板屈曲分析44-46
• 2.5.1 有限長度平板(a/b<3)44
• 2.5.2 無限長度平板(a/b>3)44-46
• 第三章 加筋板屈曲理論46-56
• 3.1 概述46
• 3.2 結(jié)構(gòu)橫截面特性46
• 3.3 蒙皮局部屈曲46-51
• 3.3.1 整體壁板46-47
• 3.3.2 復(fù)材開剖面加筋板47-48
• 3.3.3 金屬開剖面鉚接加筋板48-50
• 3.3.4 閉剖面加筋板50-51
• 3.4 筋條局部屈曲51
• 3.5 加筋板整體屈曲51-53
• 3.5.1 加筋板等效剛度51-52
• 3.5.2 歐拉寬柱法52-53
• 3.5.3 等效板法53
• 3.6 長桁/筋條的扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性53-56
• 第四章 盒段屈曲分析56-60
• 4.1 壁板局部屈曲分析56-57
• 4.2 壁板整體屈曲分析57
• 4.3 泊松效應(yīng)57-58
• 4.4 參與區(qū)考慮58-60
• 第五章 后屈曲理論60-74
• 5.1 有效寬度公式60-61
• 5.2 有效寬度法的截止值61-62
• 5.3 損傷起始問題62-69
• 5.3.1 加筋板后屈曲內(nèi)力分析62-65
• 5.3.2 筋條-蒙皮界面應(yīng)力65-69
• 5.3.3 分離準(zhǔn)則69
• 5.4 加筋結(jié)構(gòu)的壓損應(yīng)力69-72
• 5.4.1 金屬材料情況69-70
• 5.4.2 復(fù)合材料情況70-71
• 5.4.3 蒙皮局部-彎曲失穩(wěn)破壞應(yīng)力71-72
• 5.5 翼面結(jié)構(gòu)屈曲以及后屈曲分析流程72-74
• 第六章 加筋板局部屈曲計算方法研究74-98
• 6.1 加筋板局部屈曲模態(tài)轉(zhuǎn)換與壓力衰減因子研究74-78
• 6.1.1 能量方法概述74-75
• 6.1.2 結(jié)果及分析75-78
• 6.1.3 小結(jié)78
• 6.2 蒙皮板元寬度近似取法研究78-86
• 6.2.1 加筋板尺寸、材料參數(shù)及有限元建模79-81
• 6.2.2 能量法研究思路81-82
• 6.2.3 結(jié)果及分析82-85
• 6.2.4 小結(jié)85-86
• 6.3 金屬加筋板蒙皮局部屈曲載荷計算方法研究86-89
• 6.4 復(fù)合材料加筋板蒙皮局部屈曲載荷計算方法研究89-92
• 6.5 開剖面鉚接加筋板蒙皮局部屈曲載荷計算方法研究92-95
• 6.6 閉剖面鉚接加筋板蒙皮局部屈曲載荷計算方法研究95-98
• 第七章 加筋板整體屈曲計算方法研究98-102
• 第八章 盒段屈曲計算方法研究102-115
• 8.1 加筋梁式盒段屈曲計算方法研究102-107
• 8.1.1 盒段尺寸及材料屬性102-103
• 8.1.2 有限元方法概述103-105
• 8.1.3 工程方法計算105-107
• 8.1.4 結(jié)果對比分析107
• 8.2 多墻盒段屈曲計算方法研究107-109
• 8.3 泊松效應(yīng)與蒙皮參與區(qū)研究109-115
• 8.3.1 層合板泊松效應(yīng)研究109-110
• 8.3.2 盒段泊松效應(yīng)研究110-112
• 8.3.3 盒段蒙皮參與區(qū)屈曲研究112-115
• 第九章 后屈曲脫膠起始問題研究115-131
• 9.1 脫膠界面應(yīng)力解析方法驗證115-117
• 9.1.1 有限元模型概述115
• 9.1.2 解析法概述115-116
• 9.1.3 結(jié)果對比116-117
• 9.2 加筋板后屈曲界面應(yīng)力分析117-131
• 9.2.1 有限元概述118-119
• 9.2.2 解析法概述119-120
• 9.2.3 界面應(yīng)力有限元分析120-123
• 9.2.4 遠場應(yīng)力由有限元確定的解析解123-126
• 9.2.5 遠場應(yīng)力由大撓度方程確定的解析解126-129
• 9.2.6 初始脫膠/分層載荷及其位置預(yù)測129-131
• 第十章 屈曲/后屈曲試驗分析131-146
• 10.1 開剖面鉚接加筋板屈曲試驗分析131-132
• 10.1.1 試驗概述131
• 10.1.2 結(jié)果對比分析131-132
• 10.2 閉剖面鉚接加筋板屈曲試驗驗證132-133
• 10.2.1 試驗概述132-133
• 10.2.2 結(jié)果對比分析133
• 10.3 復(fù)材加筋板屈曲試驗驗證133-137
• 10.3.1 試驗概述133-135
• 10.3.2 有限元方法概述135-136
• 10.3.3 能量法概述136
• 10.3.4 結(jié)果對比136-137
• 10.4 復(fù)合材料加筋板屈曲后屈曲試驗研究137-146
• 10.4.1 試驗概述137-140
• 10.4.2 屈曲載荷計算140-142
• 10.4.3 屈曲結(jié)果對比142
• 10.4.4 后屈曲仿真以及工程法計算142-146
• 第十一章 總結(jié)與展望146-148
• 11.1 本文工作總結(jié)146
• 11.2 本文工作展望146-148
• 參考文獻148-151
• 致謝151-152
• 在學(xué)期間的研究成果和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文152-153
• 附錄A 層壓板剛度特性153
• 附錄B 扭轉(zhuǎn)彈簧的扭轉(zhuǎn)支持剛度153-156
• B1 扭轉(zhuǎn)彈簧的扭轉(zhuǎn)支持剛度153-156
• B1.1 筋條腹板作為約束板153-155
• B1.2 筋條緣條作為約束板155-156
• B1.3 蒙皮作為約束板156
• B2壓力衰減因子156
• 附錄C 脫膠應(yīng)力相關(guān)系數(shù)156-157

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王海燕;段世慧;孫俠生;;復(fù)合材料加筋板后屈曲設(shè)計技術(shù)歐盟研究綜述[J];航空工程進展;2015年02期

2 王菲菲;崔德剛;熊強;羅小強;;復(fù)合材料加筋板后屈曲承載能力工程分析方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2013年04期

3 王孝慧;姚衛(wèi)星;;復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)有限元分析方法研究進展[J];力學(xué)進展;2012年05期

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本文編號：1084410