复合材料工字梁铺层结构设计及强度研究

摘要

根据复合材料层合工字梁的结构特点,基于经典层合板理论和最大应力强度准则,用MATLAB软件编程设计了复合材料工字梁缘条和腹板的铺层结构.建立了基于工艺的3种工字梁铺层结构有限元模型,分析了静载荷作用下3种铺层结构的应力状态.给出了典型铺层的应力云图.计算了复合材料层合结构材料主方向应力,使用最大应力强度准则,给出了线性状态下3种不同铺层结构工字梁的极限载荷.有限元分析结果与经典层合板理论计算结果进行了对比.分析表明:1)工字梁铺层采用内C形连接和L形连接时极限载荷高于理论设计载荷,外C形连接的极限载荷低于理论值,3种铺层方式极限载荷误差都在9％以内,与理论值基本吻合;2)有限元分析结果显示初始损伤均发生在工字梁下缘条45°铺层中,损伤模式为基体断裂;3)工字梁结构极限载荷主要取决于基体强度;4)工字梁发生破坏的截面位于其固支端;5)所建立的基于经典层合板理论的工字梁设计方法和工字梁有限元分析模型是正确可靠的.