分层缺陷对层合圆柱壳承载能力的影响

摘要

复合材料层合圆柱壳是航空航天等领域重要的结构部件，其具有比强度高，抗疲劳性能好，比模量大，可设计空间大等一系列优点。复合材料层合板相较于传统的金属结构更加复杂，在制备和使用过程中不可避免的将产生多种形式的损伤，如纤维断裂，基体裂纹，分层等。而由制备、低速冲击等导致的分层缺陷是层合板较为普遍和最为严重的损伤形式之一。对于含分层缺陷的复合材料层合圆柱壳而言，即使是局部分层缺陷也会引起刚度降低，从而导致圆柱壳的屈曲临界载荷的下降。本文基于有限元分析方法，构造了含分层缺陷的复合材料层合圆柱壳有限元分析模型。通过系统的研究，得到了不同分层情况下，复合材料层合圆柱壳的屈曲临界载荷的变化情况。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍含环向贯穿型分层，纵向贯穿型分层和矩形分层的复合材料圆柱壳的几何模型和含分层缺陷的层合圆柱壳的有限元模型及其分析方法。通过对比前人工作，验证了有限元模型及分析方法的有效性。⑵讨论了环向贯穿型分层缺陷对轴压、外压载荷作用下层合圆柱壳屈曲临界载荷的影响。得到了圆柱壳屈曲临界载荷在不同分层区长度下的变化规律，研究了环向贯穿型分层的分层深度、分层位置对圆柱壳屈曲临界载荷的影响。另外，还研究了当存在多个分层区时，屈曲临界载荷的变化规律。详细内容见第二章。⑶讨论了纵向贯穿型分层缺陷对轴压、外压载荷作用下层合圆柱壳屈曲临界载荷的影响。得到了圆柱壳屈曲临界载荷在不同分层区高度和分层深度下的变化规律，较为系统研究了含有多个纵向贯穿分层区对圆柱壳屈曲临界载荷的影响。还进一步讨论了分层区相对位置的变化对屈曲临界载荷的影响。详细内容见第三章。⑷讨论了矩形分层对轴压、外压载荷作用下层合圆柱壳屈曲临界载荷的影响。研究了不同分层尺寸下，含矩形分层缺陷的圆柱壳屈曲临界载荷的变化规律。详细内容见第四章。