濕熱環(huán)境下含分層損傷復(fù)合材料格柵加筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和逐步破壞行為.pdf

1、本文用有限元法研究了在濕熱環(huán)境下含分層損傷先進復(fù)合材料格柵加筋結(jié)構(gòu)(AGS)的穩(wěn)定性和逐步破壞情況。該項課題研究是國家自然科學(xué)基金“含損傷先進復(fù)合材料格柵加筋結(jié)構(gòu)(AGS)破壞機理研究”(10302004)和國家重大基礎(chǔ)研究計劃(973)項目“超輕多孔材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型設(shè)計優(yōu)化新理論” (2006CB601205)的子課題。 本文基于Mindlin一階剪切理論和Yon-Karman大撓度理論的層合板和層合梁單元，通過空間坐標(biāo)變換

2、和利用蒙皮與肋骨的幾何連續(xù)條件，推導(dǎo)了復(fù)合材料格柵加筋板殼結(jié)構(gòu)的單元切線剛度陣，建立了溫濕環(huán)境下含分層損傷復(fù)合材料格柵加筋結(jié)構(gòu)的屈曲和后屈曲行為的有限元數(shù)值模擬方法。并通過采用考慮基體破壞、纖維斷裂、纖維-基體剪切失效三種失效模式的逐步破壞準(zhǔn)則，模擬了承載過程中結(jié)構(gòu)發(fā)生的逐步破壞行為。通過典型算例研究了在壓縮載荷作用下，溫度變化、吸濕濃度，分層大小、剛度退化等因素對含分層損傷復(fù)合材料格柵加筋板殼結(jié)構(gòu)的線性屈曲和后屈曲性態(tài)的影響。

3、 本文利用數(shù)值方法研究了含分層損傷復(fù)合材料格柵加筋板殼結(jié)構(gòu)在不同溫濕環(huán)境下的穩(wěn)定性和逐步破壞行為，得到如下主要結(jié)論： 1．考慮材料的累積損傷行為時，由于突然發(fā)生的剛度退化現(xiàn)象，AGS板殼結(jié)構(gòu)的后屈曲路徑曲線表現(xiàn)出明顯的振蕩現(xiàn)象。隨著加載的不斷增大，結(jié)構(gòu)損失的剛度也不斷增加，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也明顯減弱。所以，在工程實際運用中，考慮材料的逐步破壞行為，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的預(yù)測有重要意義。 2．隨著蒙皮分層損傷尺度的不同，含分層損傷AG

4、S結(jié)構(gòu)出現(xiàn)三種不同的臨界屈曲模式：分層外整體屈曲、混合屈曲及分層區(qū)域內(nèi)局部屈曲。由幾何非線性分析可知，混合屈曲和整體屈曲是決定結(jié)構(gòu)整體承載能力的主要因素。 3．對于穩(wěn)定性分析，周圍工作環(huán)境溫度和濕度將不同程度影響結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)載荷，這與結(jié)構(gòu)的屈曲模式有關(guān)，很多情況下濕熱效應(yīng)、材料逐步破壞累積以及分層損傷會同時存在并相互耦合，此時將導(dǎo)致AGS結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)和破壞模式非常復(fù)雜，因此有必要進行深入研究。 4．對于含分層損傷格柵加筋結(jié)構(gòu)