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《缠绕角圆和非圆截面梁在拉弯载荷下的位移计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2007年第6期玻璃钢/复合材料30和90缠绕角圆和非圆截面梁在拉弯载荷下的位移计算12孙江,肖琪(1嘉兴学院先进材料研究所,浙江嘉兴314001;2嘉兴学院工程实验中心,浙江嘉兴314001)摘要:本文提出一种0和90缠绕角圆和非圆截面梁在拉弯载荷作用下的变形计算方法。本法将圆或非圆截面梁化分为有限个梁元进行位移、应变、应力分析,通过坐标转换,将各梁元的位移和载荷在梁上进行整合,从而得出0和90缠绕角圆或非圆截面梁在拉弯载荷作用下的分析模型。文中将理论计算结果与有限元数值计算结果进行对比,理论计算结果与数值实验结果有较好的一致性。结果
2、说明,本文提出的计算方法可应用于0和90缠绕角圆和非圆截面梁在拉弯载荷作用下的分析计算。关键词:纤维缠绕;复合材料;圆和非圆截面梁;拉弯载荷;位移中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003-0999(2007)06-0003-04[2]1引言顺序对多缠绕角管件结构的影响,柱形壳体在加[3][4]纤维缠绕是一种复合材料正曲率回转体生产的工过程中诱发的翘曲等。Yuan给出了纤维缠绕复合材料层合柱面壳体承受弯曲载荷时弹性应力重要制造技术。纤维缠绕法适于制作承受一定内压应变的精确解,基于壳体材料的柱面各向异性和的中空型容器,如固体火箭发动机
3、壳体、导弹放热层Lekhnitskii的应力函数,他推导出了偶合的偏微分和发射筒、压力容器、大型贮罐、各种管材等。近年来发展起来的异型缠绕技术,可实现复杂横截面形本构方程,但笔者认为其本构方程复杂,不太适于工状的回转体或断面为矩形、方型以及不规则形状容程应用。器的成型。本文将介绍一种0和90缠绕角圆和非圆截面梁在拉弯载荷作用下的变形计算,本法易于编程计纤维缠绕的回转体中,管件最易制作且应用最算,适于工程应用。文中还给出理论计算和用An-广泛。玻璃纤维缠绕的管件由于耐腐蚀,不导电,价sys数值计算的结果以及相应的分析。格便宜广泛应用于化工业和电力行业。以碳纤
4、维缠绕的管件由于质量轻,强度高而被用作承载构件,广2理论计算方法泛应用于航空航天、交通运输及体育器材等行业。如图1(a)所示,假设任一非圆截面梁在其端面最近德国以碳纤维缠绕的管件代替铝材应用于工业可承受法向力和弯矩,梁壁是由具有正交各向异性机器人,这为缠绕管件在机械行业及自动化行业中的层片复合材料组成。这里假设层片复合材料在达应用预示出美好的前景。以碳纤维缠绕的梁由于质到失效前具有弹性行为,各层片间完全粘接没有剪轻,强度高常用作结构件,主要承受拉弯载荷,常用切变形,各层片为平面应力状态。梁壁厚的中层以0和90缠绕角的铺层组合。这样铺层组合的一个点划线表示
5、,各梁截面的几何中心形成的线称为梁特点是0缠绕角主要保证缠绕件的轴向强度,90的轴线,并将轴线定为全局坐标的Z轴。梁截面的缠绕角的铺层主要保证缠绕件的周向强度。另一特曲线被划分为n等分,每一等分形成一个梁元,其层点是以这样的铺层组合,缠绕件在载荷作用下不易片情况如图1(b)所示,局部曲线坐标取为z。其翘曲。90缠绕角的制件很好制作,0缠绕角制件一中总是沿壁厚中层曲线的切线方向,沿梁壁曲般需工装,如捷克的compotech公司在芯模的两端面的法线方向,z总是平行于轴心线,也即全局坐标各加一带有针的冠即可很容易地生产出0缠绕角的Z轴。在下面的推算
6、中还采中了局部直角坐标系的制件。xjyjz,如图2所示,其中xj,yj是第j个等分段壁厚中有关缠绕件的研究很多,如缠绕图形及纤维波层中心点的全局坐标值。这里还假设梁壁厚层片的[1]动率对纤维缠绕管件损伤行为的影响,纤维铺放变形符合Kirchhof理论,即梁截面保持平面且始终收稿日期:2007-02-02基金项目:浙江省自然科学基金项目(Y604170);浙江省教育厅科研项目(20051888)作者简介:孙江(1963-),女,副教授,博士,主要从事复合材料性能研究及结构设计。FRP/CM2007No640和90缠绕角圆和非圆截面梁在拉弯载荷下的位移计
7、算2007年11月0垂直于壁厚中层。NzAB0zM=BD10k(5)Mj00D2jkj其中,nA=bjEzi,j(hi-hi-1)i=1图1非圆截面梁及梁元nbj22Fig1Anon-circularcross-sectionbeamandB=i=12Ezi,j(hi-hi-1)abeamelementnbj33D1=Ezi,j(hi-hi-1)(6)i=133nbjD2=Ezi,j(hi-hi-1)i=112上式中,bj为梁元j的宽度;hi和hi-1的意义见图4。图2各坐标间的关系Fig2Relationshipofcoordina
8、tes图4单元上的力和力矩Fig4
