论文部分内容阅读
本文用有限元法研究了在压缩载荷作用下含分层损伤先进复合材料格栅加筋结构(AGS)的非线性屈曲和后屈曲性态，以及后屈曲过程中复合材料格栅加筋结构的分层扩展行为。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)的课题的子项目。
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，建立了含嵌入分层损伤复合材料格栅加筋结构的非线性屈曲、后屈曲和分层损伤扩展行为的有限元数值模拟方法。采用包含基体破坏、纤维断裂、纤维一基体剪切失效三种失效模式的逐步破坏准则，利用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算分层前缘的总能量释放率，并采用总能量释放率准则作为分层扩展判据，结合自适应网格移动技术，并引入接触单元避免分层前缘处子板间出现不合理的嵌入现象，通过典型算例研究了在压缩载荷作用下，分层形状、分层大小、分层深度、肋骨的高度、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屈曲、后屈曲性态及分层扩展的影响。
本文针对具有不同加筋形式和不同分层形式的复合材料加筋板壳结构，研究其线性和非线性屈曲、后屈曲以及后屈曲过程中的分层扩展和损伤演化，得到如下主要结论：1.对于典型的复合材料格栅加筋结构，其失效少数是由局部强度破坏，多数是由局部屈曲而引起的后屈曲破坏导致的。对于含分层损伤格栅加筋结构，尤其是分层损伤发生在肋骨下，使用特征值屈曲来计算结构的稳定性将过于保守，此时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。
2.在轴向压缩载荷作用下，蒙皮内含分层损伤的格栅加筋板壳结构具有十分复杂的屈曲模式，屈曲临界载荷和屈曲模式与蒙皮的分层面积、分层形状、分层深度、肋骨的高度和宽度、蒙皮的铺设方式等都密切相关。
3.考虑材料的逐步失效对分层起始扩展和扩展过程有较大影响。当轴向压缩载荷较小时，逐步失效对复合材料格栅加筋结构的屈曲、后屈曲和分层损伤扩展行为的影响可以忽略；而随着轴向压缩载荷的增大，逐步破坏对复合材料格栅加筋结构的后屈曲和分层扩展影响显著。