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《大连理工大学》 2008年
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湿热环境下含分层损伤复合材料格栅加筋结构的稳定性和逐步破坏行为

陈博  
【摘要】: 本文用有限元法研究了在湿热环境下含分层损伤先进复合材料格栅加筋结构(AGS)的稳定性和逐步破坏情况。该项课题研究是国家自然科学基金“含损伤先进复合材料格栅加筋结构(AGS)破坏机理研究”(10302004)和国家重大基础研究计划(973)项目“超轻多孔材料与结构创新构型设计优化新理论”(2006CB601205)的子课题。 本文基于Mindlin一阶剪切理论和Von-Karman大挠度理论的层合板和层合梁单元,通过空间坐标变换和利用蒙皮与肋骨的几何连续条件,推导了复合材料格栅加筋板壳结构的单元切线刚度阵,建立了温湿环境下含分层损伤复合材料格栅加筋结构的屈曲和后屈曲行为的有限元数值模拟方法。并通过采用考虑基体破坏、纤维断裂、纤维—基体剪切失效三种失效模式的逐步破坏准则,模拟了承载过程中结构发生的逐步破坏行为。通过典型算例研究了在压缩载荷作用下,温度变化、吸湿浓度,分层大小、刚度退化等因素对含分层损伤复合材料格栅加筋板壳结构的线性屈曲和后屈曲性态的影响。 本文利用数值方法研究了含分层损伤复合材料格栅加筋板壳结构在不同温湿环境下的稳定性和逐步破坏行为,得到如下主要结论: 1.考虑材料的累积损伤行为时,由于突然发生的刚度退化现象,AGS板壳结构的后屈曲路径曲线表现出明显的振荡现象。随着加载的不断增大,结构损失的刚度也不断增加,结构的稳定性也明显减弱。所以,在工程实际运用中,考虑材料的逐步破坏行为,对结构稳定性的预测有重要意义。 2.随着蒙皮分层损伤尺度的不同,含分层损伤AGS结构出现三种不同的临界屈曲模式:分层外整体屈曲、混合屈曲及分层区域内局部屈曲。由几何非线性分析可知,混合屈曲和整体屈曲是决定结构整体承载能力的主要因素。 3.对于稳定性分析,周围工作环境温度和湿度将不同程度影响结构的失稳载荷,这与结构的屈曲模式有关,很多情况下湿热效应、材料逐步破坏累积以及分层损伤会同时存在并相互耦合,此时将导致AGS结构的失稳和破坏模式非常复杂,因此有必要进行深入研究。 4.对于含分层损伤格栅加筋结构,使用特征值屈曲来计算结构的稳定性过于保守,应采用基于大变形理论的后屈曲分析来确定结构的稳定性。如果要求对AGS结构进行更精确可靠的承载能力和损伤容限分析,则需要进一步考虑材料破坏和湿热效应的影响。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB301

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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