开口复合材料柱壳屈曲与补救有限元分析

《开口复合材料柱壳屈曲与补救有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、Seediscussions,stats,andauthorprofilesforthispublicationat:https://www.researchgate.net/publication/282374948FiniteelementanalysisofbucklingandsalvageofacompositecylindricalshellwithanopenholeArticle·April2011CITATIONSREADS0421author:ChengXiaoquanBeihangUniversity(B

2、UAA)75PUBLICATIONS369CITATIONSSEEPROFILESomeoftheauthorsofthispublicationarealsoworkingontheserelatedprojects:Effectofdamageonfailuremodeofmulti-boltcompositejointsusingfailureenvelopemethodViewprojectFailuresinscarf-repairedcompositelaminatesViewprojectAllcontentfo

3、llowingthispagewasuploadedbyChengXiaoquanon03October2015.Theuserhasrequestedenhancementofthedownloadedfile.第28卷第2期应用力学学报Vol.28No.22011年4月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSApr.2011文章编号：1000-4939(2011)02-0172-05开口复合材料柱壳屈曲与补救有限元分析李钟海程小全张纪奎(北京航空航天大学航空科学与工程学院100191北京)摘要：用有

4、限元法对含有轴向裂纹的开口加强复合材料柱壳结构进行了补救研究；分析其压缩屈曲强度与模态情况，得到了裂纹长度与屈曲强度的关系，并与无裂纹的结构进行了对比。结果表明：裂纹长度在200mm以下时，对整个结构承载能力影响很小；当裂纹长度继续增大时，屈曲区域从开口上方转移到裂纹附近，屈曲强度开始急剧下降。为了加强裂纹所在区域结构的承剪能力，进行适当的修补后，可使屈曲模态与无裂纹柱壳相同，且屈曲强度稍有增加，从而证明了所提出补救方法的有效性。关键词：复合材料开口柱壳；压缩屈曲；穿透裂纹；补救；有限元法中图分类号：TB33文件标识码：A文献

5、[7]建立了壳理论求解各种载荷下，包含周向和1引言轴向裂纹的柱壳问题，同时也开始考虑材料的正交异性，研究表明，增加0°~25°的铺层可以获得更高在飞机、导弹、油气管道等结构中，柱壳体作的屈曲强度，而增加90°铺层则会使屈曲强度减弱。为主承力结构已被广泛应用，使用复合材料制造这文献[2]发现：材料的正交各向异性对于轴向裂纹的影些柱壳结构，在强度相同的情况下可以减轻重量，响很大，而对于周向裂纹的影响较小。在有限元模拟[1-2]并较常规金属具有更好的耐腐蚀性。复合材料柱中，对于未穿透裂纹，一般以裂纹长度为长轴，裂纹[1,2,8]壳一

6、般为整体结构，单件成本高，且按研制进度要深度为短轴，通过挖除半椭圆来模拟裂纹；对于[6-7,9-10]求通常不允许出现较大的设计反复。因此对于存在穿透性裂纹，通常在柱壳表面上挖细槽模拟，[7]缺陷（如裂纹或变形）的柱壳等整体成形复合材料并对裂纹周围的网格进行细化。对于裂纹扩展，采[11-12]结构，需要采取补救措施恢复其功能。在飞机原型用对不同裂纹长度分别计算的方法模拟。对带裂机、导弹等结构初始制造与装配过程中，由于工艺纹柱壳修补后的强度研究发现，裂纹与柱壳轴线夹角[13]或装配等原因导致结构局部破坏或失去部分功能，越小，补强

7、效果越好。鉴于裂纹对柱壳承载能力的需要对结构进行修理补救，以降低研制成本，保证影响，文献[14-15]提出了确定柱壳损伤的方法和损伤[3]研制进度。所以研究裂纹对柱壳结构的影响，并容限设计法。国内关于含裂纹复合材料柱壳的研究工[4-5]制定结构补救方案显得非常重要。作较少，有关结构补救研究尚属空白。柱壳上的载荷不同引起的屈曲模态不同，裂纹以上研究都是关于外形完整的柱壳，很少涉及的形式、取向、长度不同，对柱壳屈曲模态的影响带开口的柱壳结构。本文用有限元方法对含裂纹开[6]也不尽相同。国外对于含裂纹柱壳已有较多研究。口加强复合材料

8、柱壳的压缩行为进行研究，先分析来稿日期:2010-04-12修回日期:2011-03-14第一作者简介:李钟海，男，1988年生，北京航空航天大学航空科学与工程学院，研究生；研究方向——复合材料结构设计。通讯作者:程小全，E-mail:xiaoquan_cheng@buaa.