论文部分内容阅读
薄壁结构广泛应用于航空航天、汽车以及船舶等领域。其中碳纤维复合材料由于其高比刚度、比强度等优点，逐渐成为各领域的首选材料，相比于各向同性材料多向铺层的复合材料层合板宏观热力学性能更加优异。由于特殊的外形尺寸，复合材料薄壁结构在外载荷的作用下最常见的失效形式为屈曲失稳，并且屈曲失效具有突然性，其失效造成的损失往往比强度失效更大。因此，提高薄壁结构的抗屈曲破坏能力、减轻结构重量、改进结构设计等方法对于结构安全评估具有重要的经济和现实意义。 在实际加工及使用过程中，由于实际需求与工作环境等因素，往往会在结构上产生局部几何或热缺陷，几何缺陷的存在会引起受载结构内应力场不均匀，变形增大降低结构屈曲承载能力。局部热缺陷使结构内产生不均匀的温度场，温度升高使材料性能发生变化，同时产生热应力，使结构承载力能力下降，缺陷的存在使得屈曲分析理论解析方法变得困难，如何利用数值手段进一步量化描述结构局部几何缺陷、局部热缺陷等因素的影响，对薄壁结构的设计、加工以及复杂环境下的应用及安全评估具有指导意义。 本文基于数值模拟方法，对含有几何以及热缺陷的复合材料薄壁结构进行屈曲承载力研究，主要研究内容包括: (1)采用有限单元法分析完整复合材料薄壁层合板在局部热缺陷（激光辐照）下产生的温度响应，并基于顺序热力耦合方法对约束边界条件下的复合材料层合板热应力场进行研究，得到了复合材料层合板随热缺陷参数变化的温度及应力规律; (2)利用Lanczos算法对含几何缺陷以及热缺陷的复合材料薄壁结构进行特征值屈曲分析，研究薄壁结构屈曲特征值随不同几何缺陷参数及热缺陷参数变化规律，并通过考虑结构初始缺陷、材料非线性和大变形等因素的非线性屈曲分析法，对薄壁结构屈曲承载力的缺陷敏感性进行分析，指出了影响薄壁结构屈曲承载能力的主要缺陷因素; (3)基于C++语言以及MFC架构界面开发功能，开发具有针对性的薄壁结构屈曲特性计算软件，软件通过界面获取用户设置的分析参数，自动生成APDL命令流并后台批处理调取通用有限元分析软件ANSYS对热力联合作用下的薄壁结构进行温度场及屈曲特性计算，软件界面友好、操作简便，解决了工程人员多次大量计算的需求。