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军用复合材料箱形导梁及其剪力滞效应研究

徐文明  
【摘要】: 复合材料箱形导梁及其剪力滞效应的研究对军用桥梁的快速架设与机动,高效完成其保障任务具有重要的理论意义和军事应用价值。鉴于军用导梁在保障部队机动中的重要性和现有研究的不足,本文采用了理论分析与数值模拟相结合的方法,系统深入地研究了复合材料箱形导梁的结构设计、荷载作用下的弯曲及复合材料箱形梁剪力滞效应等问题。本文的主要工作和创新性成果如下: (1)在现有研究的基础上,对复合材料箱形导梁进行了初步设计,确定了复合材料箱形导梁的结构形式、截面尺寸,重点考虑了复合材料夹芯结构连接设计的基本原则,对不同连接部位采用了合理的连接方式,并对悬臂推出架设中导梁的长度进行了计算。 (2)采用初等梁理论对复合材料夹芯结构进行了合理等效,理论分析了复合材料箱形导梁的弯曲正应力、箱形梁整体抗弯刚度、各铺层及层间剪应力,分析了考虑剪切变形的复合材料箱形梁的挠度,为研究复合材料箱形导梁提供了简化的理论分析方法。 (3)建立了复合材料箱形梁的有限元分析模型,通过试验和理论分析验证了有限元模型的可靠性与合理性。应用MSC.NASTRAN有限元计算软件和理论分析两种方法同时计算了复合材料箱形导梁的弯曲挠度和正应力分布。对比结果表明,理论分析复合材料箱形导梁的挠度具有很高的精度,但是在分析其正应力时和实际的分布并不吻合,分析表明这种差异是由于复合材料箱形梁中存在剪力滞效应所造成的。 (4)分析了复合材料箱形梁剪力滞效应,给出了复合材料箱形梁剪力滞系数的定义;理论分析了箱形梁剪力滞效应产生的原因;采用数值模拟重点分析了复合材料箱形梁中各铺层剪力滞效应的主要影响因素,得到了复合材料箱形梁剪力滞效应的分布规律;最后运用变分法对复合材料悬臂箱形梁的剪力滞效应进行了理论求解,得出了考虑剪力滞效应的箱形梁正应力的计算公式。


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