封閉截面復(fù)合材料夾芯薄壁桿件的理論分析和有限元驗(yàn)證.pdf

1、復(fù)合材料因其具有高比強(qiáng)度、高比模量和質(zhì)量輕的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工以及土木工程等領(lǐng)域中。薄壁桿件是其應(yīng)用時(shí)的重要結(jié)構(gòu)形式，在工程中的應(yīng)用日益廣泛，它更是未來(lái)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的主要形式之一。本文對(duì)用于橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料夾芯箱梁，提出了一個(gè)復(fù)合材料薄壁桿件理論分析的通用方法，并在其基礎(chǔ)上，建立了一種復(fù)合材料夾芯箱梁的芯層計(jì)算模型和層間應(yīng)力計(jì)算方法。利用大型有限元通用計(jì)算程序ANSYS9.0對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證分析，同時(shí)還探討了復(fù)合材料薄壁

2、桿件復(fù)雜的力學(xué)行為。 本文首先對(duì)文獻(xiàn)[1～4]提出的復(fù)合材料薄壁桿件(復(fù)合材料薄壁箱梁)計(jì)算理論進(jìn)行了補(bǔ)充完善。用柱殼無(wú)矩理論來(lái)分析，列出相應(yīng)的廣義本構(gòu)方程。由最小勢(shì)能原理導(dǎo)出問(wèn)題的平衡控制方程和邊界條件，接著探討問(wèn)題的求解。其次進(jìn)一步考慮幾何非線性的影響，初步建立了一種組合變形下復(fù)合材料薄壁桿件的非線性理論分析方法。重點(diǎn)對(duì)桿件進(jìn)行非線性扭轉(zhuǎn)分析。由給出的等效本構(gòu)方程和總勢(shì)能泛函，根據(jù)最小勢(shì)能原理導(dǎo)出了所給問(wèn)題的平衡控制方程和

3、相應(yīng)邊界條件。并討論了該方程和邊界條件的求解。 然后根據(jù)復(fù)合材料薄壁桿件理論，對(duì)于復(fù)合材料夾芯箱梁建立一種組合模型，給出兩表層和夾芯層的變形描述，引入各自的本構(gòu)關(guān)系，求出總勢(shì)能泛函，由最小勢(shì)能原理導(dǎo)出復(fù)合材料夾芯薄壁桿件的平衡控制方程和邊界條件。并且根據(jù)工程需要具體地計(jì)算出了復(fù)合材料夾芯薄壁箱梁等效本構(gòu)方程的剛度矩陣，全面地探討了方程的解耦和求解，對(duì)具體問(wèn)題的理論結(jié)果給出了求解全過(guò)程。 最后，根據(jù)己建立的理論計(jì)算方法，重