复合材料帽型加筋结构的稳定性分析

摘要

复合材料具有比强度高、比模量高、可设计性强等特点，在结构中采用复合材料可以在保证使用要求的同时有效地减轻结构重量，因此复合材料快速地成为了材料界的新宠。复合材料在飞机结构上的广泛应用已经成为衡量飞机先进性的重要标志之一。复合材料帽型加筋板作为飞机上的一种重要典型结构，在轴压载荷的作用下，其最主要的失效形式是由失稳引起的。为了保证飞机结构的使用安全性，必须对这类结构进行稳定性分析。工程上为了节约计算成本和时间，经常以线性屈曲的失稳临界载荷作为设计载荷，这种简化通常是合理的，但是对于气动外形要求不是很高的结构，可以允许有一定程度上屈曲，此时应该考察结构的后屈曲平衡路径，为减轻结构重量优化设计提供进一步的设计依据。
　　本文针对复合材料帽型加筋板，基于ABAQUS有限元分析软件，研究了其在单轴压载荷作用下的稳定性，主要进行了以下几方面的内容：
　　（1）首先对复合材料层合板进行线性稳定性分析，针对其屈曲模态初步设计布置帽型加强筋的位置；对得到的复合材料帽型加筋板进行线性稳定性分析，提取失稳模态和屈曲特征值，求得失稳临界载荷；
　　（2）其次将一阶屈曲模态乘以板厚的1％作为初始损伤代入后屈曲分析中，观察其后屈曲平衡路径，得出考虑脱粘情况的后屈曲载荷为屈曲载荷的1.4倍左右，对比不考虑脱粘模型的后屈曲平衡路径，得出筋条与壁板脱粘有可能是限制后屈曲载荷的重要因素。
　　（3）探究帽型加筋结构筋条剖面梯度角、筋条高度、筋条凸缘宽度，筋条在层合板上的布置密度、位置，这几个重要参数对结构屈曲载荷的影响，得出对于本文涉及的层合板，在其上对称布置两根相对距离为170mm、梯度角为68.2°、高度为35mm的帽型筋条可以达到较好的稳定性。
　　（4）最后，探究了层合板铺设角对结构屈曲载荷的影响规律，得出当铺设角方向与载荷作用方向一致时，结构可以获得较好的稳定性。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2复合材料帽型加筋结构研究

1.3结构稳定性理论研究

1.4本文主要内容

第2章 复合材料加筋板结构稳定性分析理论

2.1引言

2.2复合材料层板本构关系

2.3层板结构屈曲理论

2.4有限元法

2.5本章小结

第3章 复合材料帽型加筋板稳定性分析

3.1引言

3.2复合材料帽型加筋板模型验证

3.3复合材料帽型加筋板在轴压载荷下的屈曲分析

3.4复合材料帽型加筋板在轴压载荷下的后屈曲平衡路径

3.5本章小结

第4章 帽型加筋板的参数分析

4.1引言

4.2帽型筋条剖面参数对加筋板屈曲载荷的影响

4.3筋条密度对结构屈曲载荷的影响

4.4筋条布置的位置对结构屈曲载荷的影响

4.5铺层方式对结构屈曲载荷的影响

4.6本章小结

总结与展望

参考文献

致谢