复合材料加筋板屈曲和损伤的虚拟测试技术研究

摘要

复合材料加筋板是一种典型的复合材料结构件，在航天、航空等领域得到了日益广泛的应用。虚拟测试技术融合了计算仿真技术、物理测试方法和基础架构，它只需要结合少量的物理试验就可以实现对复合材料结构件力学性能的分析和预报，能够极大地缩短设计和试验周期、降低研制成本。本文在阅读国内外相关研究成果的基础上，重点研究了复合材料加筋板屈曲和损伤的虚拟测试技术，建立了复合材料加筋板屈曲后屈曲快速计算的工程算法、屈曲和损伤精确模拟的数值模型，开发了虚拟测试系统软件平台。
　　分析了复合材料加筋板的结构形式和主要力学性能，以及加筋板设计过程中的试验需求，设计了复合材料加筋板虚拟测试系统总体方案和功能模型，确定了系统各组成部分和功能模块，完成了系统与外部支撑软件的集成接口设计。
　　建立了一种针对多种几何结构形式的复合材料加筋板屈曲后屈曲快速计算的工程算法。基于分段处理法，设计了工程算法总体框图；基于经典层合板理论、等效刚度法、有效宽度法等，建立加筋板的等效刚度矩阵模型和各屈曲模式下屈曲载荷和破坏载荷计算的数学模型。给出 I型、T型两种类型加筋板求解算例，并将计算结果与试验和数值结果比较分析，验证了该算法的正确性，实现了参数化、自动化的屈曲模态判断、屈曲载荷和破坏载荷的预估计算。
　　建立了综合考虑层内细观损伤和脱粘损伤的复合材料加筋板屈曲和损伤分析的数值模型。基于Python脚本的二次开发，建立了复合材料加筋板的参数化有限元模型；基于引入连续损伤变量的渐进刚度退化模式以及应变描述的损伤准则，建立了渐进损伤分析模型；基于UMAT子程序的二次开发，将渐进损伤模型嵌入到有限元模型。通过算例的数值结果与物理试验和工程计算的对比分析，验证了该模型的合理有效性，能够准确地预测加筋板屈曲模态、屈曲载荷和破坏载荷、后屈曲平衡路径、蒙皮筋条以及胶结层的损伤演化过程。
　　设计了复合材料加筋板虚拟测试系统软件平台的体系结构和技术流程，开发了系统软件平台，建立了相关支撑数据库和知识库，实现了复合材料加筋板工程计算、虚拟试验和物理试验的集成，并通过虚拟测试实例验证了该系统的可行性。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 复合材料性能虚拟测试的特点

1.3 复合材料加筋板屈曲和损伤问题的研究现状

1.4 复合材料虚拟测试研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 虚拟测试系统总体设计

2.1 引言

2.2 复合材料加筋板结构形式及主要力学特性

2.3 虚拟测试系统总体方案和功能模型设计

2.4 虚拟测试系统集成接口设计

2.5 本章小结

第3章 复合材料加筋板屈曲后屈曲的工程计算

3.1引言

3.2工程算法总体框图设计

3.3 加筋板屈曲后屈曲分析数学模型建立

3.4 工程算法计算程序设计

3.5 算例验证与对比分析

3.6 本章小结

第4章 复合材料加筋板屈曲和损伤的数值模拟

4.1 引言

4.2 复合材料加筋板参数化有限元模型建立

4.3 复合材料加筋板渐进损伤分析模型建立

4.4 模型验证的数值分析方案及数值分析流程

4.5 复合材料加筋板的屈曲分析

4.6 复合材料加筋板的后屈曲分析

4.7 损伤演化过程的模拟分析

4.8 本章小结

第5章 虚拟测试系统软件平台开发

5.1 引言

5.2 软件的体系结构和技术流程设计

5.3 软件功能模块划分和主界面

5.4 虚拟测试实例验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

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