复合材料多墙结构的后屈曲强度研究及其弧长法的改进

摘要

该文以××型飞机改型中复合材料机翼的强度和稳定性设计为背景,采用以大变形板壳理论为基础的非线性有限元分析方法,对复合材料薄壁空间结构的屈曲、后屈曲性态作了比较详尽的研究,同时,对结构后屈曲分析中普遍采用的弧长法作了卓成有效的改进.主要工作内容有:1.对带旋转自由度的四节点等参单元,推导了考虑面内位移引起的膜应变项的切线刚度矩阵,使之适用于薄壁空间结构的有限元分析;2.对矩形截面箱型梁及复合材料典型盒段的屈曲、后屈曲性态进行研究,通过数值分析,得出了箱型结构的屈曲、后屈曲性态与几何形状、铺设角、铺层数等因素的关系.3.在一般弧长法的基础上,对增量弧长作了以考虑结构刚度变化为主的加权修正和利用己知平衡点信息的外插修正,提出了一种改进的、高效率的弧长法.该方法无论是追踪后屈曲的全程路径,还是求得指定载荷点的收敛解都有良好的适应性和较高的效率.由复合材料盒段的屈曲、后屈曲性态研究中得出的结论,对飞机结构研究和设计人员有一定的参考价值;该文提出的改进弧长法对一般结构的几何非线性分析是普遍适用的.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1研究背景和意义

§1.2本文的主要工作

参考文献

第二章非线性屈曲分析的理论基础

§2.1线性屈曲、非线性屈曲

§2.2几何非线性有限元列式

§2.3带旋转自由度的四结点任意四边形单元

§2.3.1几何关系

§2.3.2位移插值函数

§2.3.3单元非线性列式推导

§2.3.4横向剪切变形的修正

参考文献

第三章薄壁空间结构的屈曲后屈曲性态研究

§3.1前言

§3.2薄壁空间结构的屈曲性态研究

§3.2.1非线性有限元列式的验证

§3.2.2正方形截面箱型梁

§3.2.3三闭室多墙结构

§3.3三闭室多墙结构后屈曲性态分析

§3.3.1四种截面形式盒段的线性屈曲

§3.3.2 盒段翼板的非线性屈曲及后屈曲性态

§3.3.3盒段上翼板的后屈曲变形

§3.3.4盒段在后屈曲阶段的整体变形行为

§3.3.5后屈曲阶段翼板的应力

§3.4本章小结

参考文献

第四章弧长法的改进

§4.1前言

§4.2现有弧长法介绍

§4.2.1迭代步骤

§4.2.2约束方程及荷载增量控制参数的求解

§4.2.3弧长增量控制

§4.2.4初始载荷增量控制参数的确定

§4.3改进弧长法

§4.3.1加权修正弧长

§4.3.2外插修正弧长

§4.3.3可收敛于指定载荷值的弧长法

§4.3.4程序实现框图

§4.3.5数值算例及讨论

§4.4本章小结

参考文献

结论与展望

致谢

附录