含开孔和补强的蜂窝夹芯层合结构的屈曲分析

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1、!""#$%%%&%%’(清华大学学报-自然科学版.*%%>年第(>卷第*期+$,+’)#$$&***+,#/012345678329-":2;0<:5.=*%%>=?@AB(>=#@B**C(&*CC含开孔和补强的蜂窝夹芯层合结构的屈曲分析李军$$$*=向志海=薛明德=李贵婷-$B清华大学工程力学系=北京$%%%C(D*B胜利油田孤岛采油厂=山东*’E*+$.摘要F该文针对含有开孔和孔边补强的蜂窝夹芯复合材比刚度等一系列优点=广泛用作航天器的重要部件J料层合结构的屈曲分析发展了一套三维有限元求解方案!孔为了实际应用的目的=此类结构通常需要开孔=并在

2、边缘应力集中区采用"#$%&’非协调实体单元模拟(同时为孔边进行补强J由于孔边区域应力集中往往导致局减小求解规模(远离开孔的应力平缓区则采用一种相对自由部屈曲=因而准确预测此类结构的临界载荷和破坏度层合壳元!这种单元避免了传统壳元的转动自由度(易与模式=具有重要的工程意义J许多学者致力于此问题三维实体单元连接(使变厚度)带有补强的复合材料层合壳的研究E$+F=但通常仅限于复合材料层合结构开孔的体等复杂结构得以正确建模!数值算例验证了该文计算策略屈曲问题=没有涉及补强的影响=且其中绝大多数方的准确性和有效性(最后通过大量数值计算研究了开孔和补法都是基于

3、二维板壳元=如逐层理论E(F强对结构临界载荷的影响!D各种单层理论-经典壳元D一阶或高阶剪切变形板壳元E’F等.J这关键词F结构力学*三维有限元法*屈曲分析*蜂窝夹芯*开孔*补强些单元在预测简单层合结构的整体响应时可以获得比较满意的结果=但在预测蜂窝夹芯层合结构的局中图分类号FQ+(*文献标识码FR部响应时=由于面板与芯层的材料性质和厚度差异文章编号F$%%%&%%’(-*%%>.%*&%*C(&%’很大而会遇到困难J若采用三维实体元=又因蜂窝夹芯壳尺寸与其厚度以及面板与芯层之间厚度差异过STUVWXYZ[][Y^_U[‘abcYdeXU]大=且孔

4、边及补强网格必须精细=必然导致计算规模bfgTUfTg^beXf]UTf[Tfb过大而无法实施JcYdg^XY[gU^‘^Yfb为此本文发展了一套三维有限元解决方案=孔$$$*hijkl=minopqrsrts=muvwslxyz=hipks{slx边缘应力集中区以及补强采用<2A1@3非协调实体-

5、B}^~cgf‘^Yf[!YZXY^^gXYZ"^U]cYXUb=#bXYZ]Tc$YX%^gbXf_=元E>F模拟=同时为减小求解规模=远离开孔的应力平S^X&XYZ

6、’’’()=*]XYcD缓区则采用一种由三维实体元发展得到的相对自由+B,Tdc

7、[-XW!.fgcUfX[Y/cUf[g_=0]^YZWX-XW/X^Wd=0]cYd[YZ+12+3

8、=*]XYc.度层合壳元J典型数值算例验证了本文计算策略的4abfgcUfFRP55<<&N2L<312@37A6232P<7P2:A<1@A2N

9、建模方案

10、6P@6P175<5<1243262:73P1P5<11

11、B

12、

13、G节点HXWb[Y非协调元:@3:<3P57P2@316167AA8@::65B05<:@L>6P7P2@37A<31<771E>F借助在单元的位移插值函5

14、75815节点<2A1@3非:@33<:P<A<115@7P5<<662:2<3:873N7::657:8@6P5<@31<21236A6<3:

15、6P173N5<236@5: