双稳定混杂层板临界载荷预报和疲劳特性研究

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1、硕士学位论文双稳定混杂层板临界载荷预报和疲劳特性研究THECRITICALLOADFORECASTINGANDFATIGUEPROPETTIESOFHYBRIDBI-STABLELAMINATE李恒哈尔滨工业大学2015年6月-国内图书分类号：TB121学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工学硕士学位论文双稳定混杂层板临界载荷预报和疲劳特性研究硕士研究生：李恒导师：戴福洪教授申请学位：工学硕士学科：工程力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学-ClassifiedIndex:TB121U.D

2、.C:530DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHECRITICALLOADFORECASTINGANDFATIGUEPROPETTIESOFHYBRIDBI-STABLELAMINATECandidate：LiHengSupervisor：Prof.DaiFuhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffiliation：CenterforCompositeMaterialsandS

3、tructuresDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology-摘要摘要双稳定层合板是指板自身存在两种稳定构型，且两种稳定构型形之间的形状差异较大的一类复合材料层合板。每种稳定构型都有一定的承载能力，并且无需外部能量或载荷维持其构型。在适当外载荷的作用下，两种构型之间可以相互转换。基于这些特点，双稳定结构在未来航天和能源收集方面的潜在应用价值值得期待。金属混杂双稳定层板是金属与复合材料混杂铺层的一类双稳定层合板。板中间夹杂金属，使板的可设

4、计性增强，而且其保持构型的能力比普通复合材料双稳定层板更强，这些优点在未来应用中将更具价值。本文利用瑞利里兹法分别建立了金属混杂双稳定层板构型预报的低阶和高阶模型。将两种模型的计算结果与实验值对比，发现高阶模型在构型预报上更加精确。分析了高阶模型比低阶模型精确的原因，以及提高理论模型精度的方法。在高阶构型预报模型的基础上，引入外力功，建立了预报临界载荷的解析模型。理论模型毕竟在假设面外位移函数和中面应变函数时存在局限性。本文接着从有限元方法入手对板曲率和临界载荷进行研究，以期消除这种局限性，使结果更加精确。将有限元计算结果和高阶理论模型的计算结果与实验

5、结果对比，发现有限元计算结果更加接近实验结果。然后以有限元方法为基础，分别研究了尺寸参数、材料参数、复合材料与金属厚度比等对曲率和临界载荷的影响规律。最后，本文进行了金属混杂层板的疲劳试验，拟合出了临界载荷随循环次数的变化规律，接着分别从材料参数在循环载荷的作用下发生变化和基体蠕变导致临界载荷下降这两个假设出发以期找到临界载荷的衰减原因。本文利用蠕变模型，结合有限元方法很好的解释了临界载荷的衰减规律，并进行了相应的验证。关键词：金属混杂层合板,曲率,临界载荷,蠕变,疲劳特性IAbstractAbstractAbi-stablelaminateisala

6、minatethathastwostableconfigurations,thereisabigdifferentbetweenthesetwoconfigurations.Eachstableconfigurationhasacertainabilityofbearingload，anditcanmaintainitsconfigurationwithoutthehelpofexternalenergyorload.Thesetwoconfigurationscanmutualbeconvertedwiththeproperexternalload.

7、Forthesecharacteristicsofbi-stablelaminate,theprospectsintheapplicationonthefieldofaerospaceandenergycollectingwillbeworthlookingforward.Themetalhybridbi-stablelaminateisalaminatethatmetalandcompositearehybridoverlayed.Itwillbemoredesignableandhasabetterabilitytomaintainconfigur

8、ationsthanordinarybi-stablelaminate.Theseadvant