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复合材料中厚板的强度屈曲及机械连接分析

邵小军  
【摘要】:本论文首先介绍了复合材料的历史,发展以及在工农业等各个方面的广泛应用;叙述了目前国内外在复合材料各个领域的研究意义及研究进展,提出本人对该领域未来的研究方向和需要开展的工作的见解。 论文拟在以下五个方面开展工作: 第一部分为理论分析和有限元分析总结部分;介绍用于复合材料层合板理论计算的经典层合板理论、一阶剪切变形理论以及高阶剪切变形理论及其各种简化形式,重点介绍了前两者理论。其次介绍目前一些大型商用软件中能用于复合材料分析的单元,包括各种板壳、体元,为以后各章的分析计算打下理论和方法的基础。 第二部分为复合材料中厚层合板的实验研究;鉴于目前复合材料中厚板的分析中主要是理论和数值模拟,而实验数据相对较少。本文介绍三种不同厚度的层合板拉伸实验结果,并进行数值模拟,结果表明各实验点的线弹性特点非常明显,而且和数值模拟吻合很好。 第三部分为复合材料中厚层合板的屈曲研究;介绍板在单向压缩和剪切载荷作用下的屈曲模态、临界载荷和平衡路径。得出在压缩载荷作用下,屈曲前保持线性关系,符合弹性变形规律,屈曲后结构承载能力急剧下降。板在剪切载荷作用下,不可能失稳,最后对此结构在更大载荷下做了验证。 第四部分为复合材料削层结构的有限元分析;从分析可以看出,由于削层的存在,使得结构中原来均匀分布的位移、应变和应力产生了不均匀(集中)的现象,这种不一致导致层间应力的产生,使得结构产生很多的危险点(尤其是在过渡段附近),降低了结构的强度。 第五部分为复合材料螺栓连接的三维应力分析;基于三维有限元模型,对复合材料层合板螺栓连接的应力分布进行了分析,重点研究了夹紧力矩和摩擦系数以及螺栓弹性对接触应力和层间正应力的影响。得出层合板0°纤维铺层承受主要的接触应力。接触应力的分布和大小与摩擦系数以及螺栓的刚度有关系;加紧力对层间正应力的影响很大,当没有加紧力时,层间正应力在接触边界附近达到 西北工业大学硕士学位论文 最大值,容易发生分层破坏。在实际应用中,施加足够的加紧力可以产生层间压 应力,从而有助于防止结构的破坏。 关键词:复合材料中厚层合板 屈曲线性屈曲分析弧长法 经典层合板理论一阶剪切变形理论有限元 削层层间应力螺栓连接摩擦接触


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