轴向冲击复合材料杆的动力屈曲及静力作用下层合板屈曲研究

摘要

复合材料由于其强度和刚度高、抗疲劳和抗震性能好、结构的可设计性和工艺性好等因素，被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑、化工、造船等领域，其屈曲问题一直是固体力学中十分活跃的研究课题之一，备受广大学者的关注。但因处理问题的角度和方法不同，故得到的最终结果有一定差异。基于此，本文做了如下工作：
　　 1．简述了复合材料杆、板屈曲的研究现状，总结复合材料杆、板屈曲问题的研究方法与结论。
　　 2．考虑应力波效应，理论分析了相同铺层角度复合材料杆在阶跃载荷作用下的动态屈曲问题，给出了屈曲的解析解，获得了临界屈曲载荷，其值约是相同条件下静态屈曲的2.5倍。
　　 3．用Abaqus6.8有限元分析软件，模拟了复合材料杆在阶跃载荷、刚性质量块轴向冲击下的动态屈曲。得到了杆关键截面上下表面对称点应变时程曲线，由此得到了复合材料杆分叉时间及动态临界屈曲载荷；分析了不同铺层角度、冲击速度及边界约束条件对复合材料杆动态屈曲的影响。
　　 研究结果表明：当刚性质量块以相同速度冲击时，随着铺层角度的增大，复合材料杆的屈曲临界时间逐渐减小；随着冲击速度的增大，复合材料杆的屈曲临界时间减小。阶跃载荷作用下，其临界屈曲载荷随着铺层角度的增大而减小；相同铺层角度及边界条件，随着冲击载荷的增大，动态屈曲临界时间减小；其动态临界屈曲载荷，与理论分析结果基本吻合。
　　 4．用Abaqus6.8有限元分析软件，对含初始脱层的复合材料板在压缩载荷作用下的静态屈曲进行了计算机模拟。在不考虑分层扩展与接触的情况下，研究了脱层长度、脱层位置、非对称脱层及分层形状对静态屈曲载荷及模态的影响，模拟结果表明：随着脱层长度的增大，板的临界屈曲载荷逐渐减小，且其屈曲逐渐由整体屈曲过渡到混合屈曲，再过渡到局部屈曲；
　　 随着对称脱层深度越靠近复合材料板表面，其屈曲临界载荷越小，且屈曲逐渐由整体屈曲过渡到混合屈曲，再到局部屈曲：脱层位置不对称，脱层长度与脱层位置一定时，脱层越靠近两端，复合材料板的临界载荷越高，且Pcr/Po随着L1/L几的变化关于L1／L=O.5(1-a／L)对称，此时临界载荷最小。
　　 5．用内聚力cohesive单元于分层界面，采用实体单元建模，分层界面设置接触约束，对含埋藏分层复合材料层合板在压缩载荷作用下的分层扩展屈曲进行了研究。考虑分层位置及分层面积对屈曲的影响，研究结果表明：随着铺层角度的增大，屈曲载荷逐渐减小，层合板分层扩展也逐渐减弱；随着分层面积的增大，板局部屈曲载荷逐渐减小。对称与非对称铺层时，板发生局部屈曲及混合屈曲，其扩展方向基本一致。

目录

第一章 绪论

第二章 阶跃载荷作用下复合材料杆动态屈曲

第三章 刚性质量块轴向冲击下复合材料杆的动态屈曲

第四章 含脱层复合材料层合板对压缩屈曲的影响

第五章 用cohcslve单元法分析复合材料层台板分层屈曲及扩展

第六章 全文总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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