2D纺织复合材料整体加筋壁板结构稳定性研究

摘要

先进复合材料结构在现代飞行器机体上的使用范围和应用比例，已成为衡量新型飞行器设计先进性的重要指标之一。2D纺织复合材料整体加筋壁板作为一种新颖的轻质高效结构，研究其稳定性，不仅是揭示该新型结构材料力学行为的重要研究内容，也是评估其承载能力、确保结构安全需亟待解决的关键问题之一。然而，其复杂的细观结构显著增加了该类材料整体结构设计与分析的难度，现有研究主要集中于2D纺织复合材料的基本弹性性能预测，对关于该类材料加筋壁板结构稳定性的研究较少。因此，紧扣2D纺织复合材料整体加筋壁板宏细观结构特征，建立高效的跨尺度力学分析模型，探寻其结构稳定性及影响规律，具有重要的学术价值和工程意义。
　　本文基于双尺度建模思想，系统研究了2D纺织复合材料壁板及加筋壁板在典型载荷作用下的稳定性。首先，细观尺度上，基于2D纺织复合材料编织工艺，建立了2D二轴1?1和2D三轴编织复合材料的细观单胞几何模型，提出了胞元弹性性能分析预测模型。模型预测结果与试验结果吻合，证明了基于胞元预测结果表征材料宏观力学性能的有效性，并详细分析了编织角及纤维体积含量对2D纺织复合材料弹性性能的影响。其次，宏观尺度上，分别采用解析法和有限元方法，研究了2D二轴1?1和2D三轴编织复合材料壁板的压、剪屈曲性能，并深入讨论了维体积含量、编织角等对壁板压、剪屈曲特性的影响规律。同时，论文重点针对两种典型整体加筋壁板结构，采用有限元方法系统研究了其轴压屈曲和后屈曲行为。经验证，有限元模型预测结果与试验结果较为吻合，表明了所建模型的合理有效性，并系统研究了轴压下纤维体积含量、编织角、筋条高度等对加筋板屈曲和后屈曲行为的影响规律，获取了结构轴压下的非线性平衡路径和变形规律。研究结果表明，纤维体积含量、宽厚比对壁板屈曲载荷影响较大，而维体积含量、编织角、筋条密度参数等对加筋板屈曲载荷及后屈曲行为影响显著。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 2D纺织复合材料简介

1.3 国内外研究现状

1.4 研究目标及内容

1.5 论文结构安排

第二章 基础理论及关键技术

2.1 各向异性材料

2.2 复合材料层板理论

2.3 屈曲理论

2.4 宏细观双尺度建模方法

2.5 本章小结

第三章 2D纺织复合材料弹性性能研究

3.1 引言

3.2 2D三轴编织复合材料细观胞元结构建模

3.3 2D二轴1×1编织复合材料细观胞元结构建模

3.4 2D纺织复合材料细观胞元力学建模

3.5 2D纺织复合材料弹性性能预测

3.6 本章小结

第四章 2D纺织复合材料壁板稳定性研究

4.1 引言

4.2 2D纺织复合材料壁板屈曲分析有限元模型验证

4.3 压缩载荷下2D纺织复合材料壁板屈曲特性分析

4.4 剪切载荷下2D纺织复合材料壁板屈曲特性分析

4.5 本章小结

第五章 2D纺织复合材料加筋板轴压稳定性研究

5.1 引言

5.2 典型2D纺织复合材料整体加筋板结构型式

5.3 2D纺织复合材料加筋板轴压屈曲、后屈曲分析有限元模型验证

5.4 2D纺织复合材料加筋板轴压屈曲特性研究

5.5 2D纺织复合材料加筋板轴压后屈曲特性研究

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献