复合材料圆柱壳的渐进破坏非线性有限元研究

摘要

随着复合材料在航空航天等领域的广泛应用，复合材料板壳结构的稳定性，包含屈曲和后屈曲特性成为了设计人员十分关注的一个问题。壳类结构中最常见的是圆柱壳和圆柱壳板，其稳定性问题要比任意壳简单，但研究成果可以较为方便地推广到一般壳体的情形。本文的研究目的是建立能够正确预计复合材料圆柱壳板的屈曲和后屈曲渐进破坏行为的模拟策略。采用有限元方法和Hashin失效准则进行模拟，基于该失效准则编写了用户材料子程序，然后插入到商用有限元软件ABAQUS中。分析了中心受横向集中载荷作用复合材料圆柱壳板，壳板的两条直边弹性支持，两条曲边自由。为了探讨弹性边界条件和集中载荷作刚点处应力集中的影响，将有限元分析结果与文献中的试验结果进行了比较，提出了一种合理的弹性边界选取依据。研究结果表明，在建模中考虑了弹性边界和集中载荷作用点处存在的应力集中后，本文模拟的结果与文献中的试验结果比较接近，模拟精度明显高于文献中报道的结果。这也验证了本文建立的模拟策略的合理性。

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文摘

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论文说明：图表目录、注释表

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第一章绪论

1.1引言

1.2稳定性理论的概念和发展

1.3复合材料板壳结构稳定性的有限元法

1.4复合材料圆柱壳屈曲和后屈曲研究现状

1.5本文的研究内容

1.6　小结

第二章　复合材料板壳屈曲理论和有限元列式

2.1薄壳的稳定性

2.1.1应变协调方程

2.1.2基本微分方程

2.2复合材料层板理论

2.3非线性大挠度屈曲理论

2.3.1结构稳定性的有限元理论

2.3.2非线性问题的全Lagrange格式

2.3.3改进弧长法

2.4　ABAQUS的等参曲壳单元

2.5本章小节

第三章 复合材料圆柱壳屈曲和后屈曲非线性有限元分析

3.1各向同性圆柱壳的基准算例

3.2非对称网格

3.3弹性边界条件

3.3.1绕Z轴弹性转动的弹性边界对峰值载荷的影响

3.3.2沿X轴弹性滑动的弹性边界对峰值载荷的影响

3.3.3可沿θ轴弹性滑动的弹性边界对峰值载荷的影响

3.3.4绕Z轴转动和沿X轴滑动的弹性边界组合对峰值载荷的影响

3.3.5弹性边界对谷值载荷的影响

3.3.6弹性边界的选择依据

3.4本章小节

第四章 复合材料圆柱壳板屈曲后屈曲渐进破坏分析

4.1渐进破坏的研究方法

4.1.1破坏准则

4.1.2刚度折减方法

4.1.3ABAQUS用户材料子程序

4.1.3复合材料单层板破坏算例

4.2 复合材料圆柱壳S1R1T1的屈曲和后屈曲渐进破坏分析

4.2.1复合材料圆柱壳S1R1T1在不同边界条仆下的破坏

4.2.2应力集中影响区

4.3复合材料圆柱壳S1R2T1的屈曲和后屈曲渐进破坏分析

4.4复合材料圆柱壳S2R2T1的屈曲和后屈曲渐进破坏分析

4.5复合材料圆柱壳S3R2T1的屈曲和后屈曲渐进破坏分析

4.6本章小节

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2今后的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表(待发表)的论文