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1、复合材料非对称正交薄层板的固化变形复舍材科劬彻劬‰第23卷VoI.23第4期NO.48月August2006矩2006文章编号:1000-3851(2006)04-0164-05复合材料非对称正交薄层板的固化变形戴福洪,张博明,杜善义(哈尔滨工业大学复合材料研究所,哈尔滨150001)摘要:利用Rayleigh-Ritz法研究了复合材料非对称正交薄层板的固化变形.建立了考虑几何非线性的固化变形分析模型,预报了其固化后的变形形状及变形量.利用热压釜工艺进行了实验研究.实验发现,方板边缘发生了较大的向内卷曲变形,板
2、边缘附近理论预报值与实验结果差别较大,在距板边缘一定距离内理论预报值和实验结果吻合较好,矩形板实验结果与理论预报值吻合良好.关键词:复合材料;Rayleigh—Ritz;固化;层板中图分类号:TB330.1;V214.8文献标识码:ACuredshapeofcross—plythinunsymmetriccompositelaminatesDAIFuhong,ZHANGBoming,DUShanyi(CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnology,
3、Harbin150001,China)Abstract:Thecuredshapesofcross—plyunsymmetrlccompositelaminateswereinvestigatedusingRitzmethod.AnanalyticalmodeltOpredictthecuredshapeofunsymmetricthincompositelaminateswasestablishedbasedonthegeometricnonlinearity.Theshapeanddeformationof
4、theunsymmetriccompositelaminateswereobtained.Itshowsthatthepredicteddeformationsarewellagreedwiththeexperimentsfortheregionsalittlefarawayfromtheedgesofthesquareplatesandfortherectangularplates.Keywords:composites;Ritzmethod;cure;laminates目前,纤维增强复合材料的应用大多限于对
5、称铺层的层合板.非对称复合材料层板的拉弯,弯扭耦合效应显着,复合材料的可设计性得到充分体现.但由于存在热固化变形等问题,非对称复合材料层板的应用一直受到限制.尤其是非对称薄层板固化变形大,同时其形状稳定性也与对称层板有显着不同.早在2O世纪8O年代初,Hyer等人在实验中观察到[0/90]铺层的非对称复合材料层板固化后产生大变形,而且固化后形状为圆筒形,这与经典层合板理论预测的鞍形截然不同[13.Hyer认为板的固化变形研究中应考虑几何非线性的影响,提出了一个数学模型,并做了进一步改进l2].运用能量方法,Hy
6、er等人成功预报了正交非对称层板的变形,并指出其变形行为与板的尺寸有密切关系.Rayleigh—Ritz法实质上是拓展的经典层合板理论,它将几何方程附加上高阶项,然后利用最小势能原理导出代数方程组来求解.位移函数的选取从早期的二阶多项式发展到五阶多项式以及包含剪切效应和滑移效应等更复杂的形式l4].该方法的优点是求解速度快,便于进行参数敏感性分析.任立波等[7对薄壳的固化变形进行了研究,王平等[8对含非对称分层层合板进行了解析研究.Rayleigh—Ritz法是预报非对称正交薄层板固化变形时最普遍采用的半解析法
7、.实验研究中发现方板固化变形后边缘附近产生了较大的向内卷曲现象,这一个现象在以往的文献中还没有引起注意,而该现象引起的一个问题是,利用Rayleigh—Ritz法还能否准确预报此处的固化变形.本文中给出了包括方板和矩形板的几个实验结果,同时用Rayleigh—Ritz法对其固化变形进行了理论预报,并将二者结果进行了比较研究.1理论与方法非对称层合板固化变形分析不仅涉及几何非线收稿日期:2005-09-29;收修改稿日期:2006—01—16基金项目:国家自然基金项目(10502016)通讯作者:戴福洪,讲师,研
8、究方向树脂基复合材料工艺模拟与监测E—mail:daifh@hit.edu.cn戴福洪,等:复合材料非对称正交薄层板的固化变形性的I司题,而且涉及形状稳定性等I司题.本文作者将非线性影响引入经典层合板理论,并利用最小势能原理导出需要求解的代数方程组.这里假设层板固化后的变形仅由热应力引起,忽略树脂固化收缩等因素,则层板的总势能Ⅱ等于应变能密度的体积积分,即Ⅱ一j.d(1)一cPP一P△
