● 摘要
复合材料加筋板作为一种典型的工程结构,在航空、航天、船舶、机械等许多领域得到了越来越多的应用。在实际应用中,复合材料加筋板常受到压缩等多种载荷的作用,最常见的失效形式是失稳。国内外设计单位大多把临界屈曲载荷作为许用载荷的设计参考,然而屈曲后的加筋板结构仍然具有较强的后屈曲承载能力,若对其加以利用将大大提高结构的使用效率。筋条和壁板之间的粘接层在制备加工、装配使用的过程中可能出现缺陷或损伤,对含损伤复合材料加筋板的后屈曲承载能力的研究是复合材料结构设计领域亟待解决的问题之一。
本文介绍了基于全局拉格朗日格式的切线刚度矩阵方程和适用于非线性平衡方程求解的弧长法的一般迭代步骤。利用ABAQUS有限元分析工具,基于一阶剪切理论和非线性屈曲理论建立了复合材料加筋板的非线性有限元模型,分别在Buckle模块和Riks模块中研究了结构在压缩载荷作用下屈曲和后屈曲的行为,较为准确地预测了结构的临界屈曲载荷和载荷位移曲线。
探讨了筋条数目、腹板高度和下缘宽度等参数对加筋板结构屈曲载荷的影响,比较分析不同参数模型的载荷位移曲线,研究表明增加筋条数目、腹板高度和下缘宽度可以提高加筋板的承载能力。
最后建立了含界面损伤的结构有限元模型,对结构在压缩载荷作用下的后屈曲承载能力和破坏过程进行了分析,研究表明复合材料纤维压缩断裂和界面单元失效是两种最为严重的破坏形式,对含损伤复合材料加筋板进行了筋条几何参数优化,为有效利用结构后屈曲承载能力提供研究基础。
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