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薄壁结构非线性有限元数值计算及其稳定性分析研究

熊晓枫  
【摘要】:薄壁加筋结构由于刚度大、重量轻、制造简单、便于维修等优点得以广泛应用于现代飞行器结构工程,以充分发挥各元件的有利刚度作用,达到提高结构性能指标、降低结构重量、满足承载能力等目的。 大展弦比机翼在较大外力作用下,结构将产生大的变形,一般讲,使得结构变形成为几何非线性问题,此时采用线弹性理论分析可能产生较大误差,因而需要使用非线性方法进行分析和研究。本文在总结了国内外有关结构非线性分析及稳定性理论的研究概况后,详细讨论了几何非线性问题中应力、应变的表达格式,介绍了拉格朗日格式和更新拉格朗日格式下的非线性方程的表达形式,同时还详细讨论了非线性方程的若干数值计算方法。 在理论分析讨论的基础上,本文应用非线性有限元分析技术细致研究了平板和加筋板在受压状态下的非线性变形及稳定性特性,考虑了边界条件、不同的加载方式、网格密度对临界屈曲载荷的影响,并比较了非线性分析下结构的临界屈曲载荷与线性屈曲分析下的临界屈曲载荷,随着网格密度的不断增大,临界屈曲载荷将趋于一常值。同时提取板上不同位置上节点的等效应力/位移曲线,对结构非线性特性进行了分析和讨论,应用数值计算模拟方法研究了连续体结构不同部位的非线性演变与力转化过程。为此专门研究了一个小盒段的非线性稳定性特性,并单独取出上壁板和腹板单独进行非线性与稳定性分析。结合—实验型模拟直机翼多墙式大展弦比盒段结构,根据实际的实验边界与加载条件,采用大型有限元结构分析软件ANSYS对其进行非线性稳定性分析,并将所得结果与实验结果进行了分析比较。 最后,对本文的研究工作进行总结,指出本文进一步的研究工作的方向。


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