1∕3含口盖复合材料柱壳后屈曲性能

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1、2017年3月北京航空航天大学学报Mareh2017第43卷第3期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVolt43No。3bttp：／／bhxb．buaa．edn．cnjbuaa@buaa．edu，caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．01591／3含口盖复合材料柱壳后屈曲性能陈志刚1，吴永康1，程小全1’4，张涛2(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083；2．中国航天科工集团第三研究院第306研究所，北京100074)摘要：工程结构中复合材料柱壳已经得到了广泛使用

2、，并且屈曲是其结构设计的一个主要问题。由于试验结果与线性屈曲理论分析结果的巨大偏差，线性特征值屈曲分析只能作为结构的一个初步评估方法，进一步分析可选用含初始几何缺陷的后屈曲分析。本文以轴压载荷下的1／3含口盖复合材料柱壳为研究对象，建立ABAQUS有限元模型，分别进行了基于Buckle算法的线性特征值屈曲分析、基于Riks法的含初始几何缺陷的非线性后屈曲分析，所得应变、载荷数值结果与试验结果吻合。非线性Riks后屈曲分析显示结构具有后屈曲承载能力和稳定的后屈曲平衡路径，能更准确地捕捉临界屈曲载荷，所得屈曲模态也更加贴近试验屈曲模态，因此，在设计上以含初始几何缺陷的Riks法得到的结果更

3、加真实可靠。进行了含口盖复合材料柱壳的初始几何缺陷的敏感性分析，结果表明该结构对初始几何缺陷是非常敏感的，为了提高结构抗屈曲性能，应提高加工工艺质量，减少初始几何缺陷。关键词：复合材料；圆柱壳；屈曲；后屈曲；初始几何缺陷中图分类号：V221+．3；TB553文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)03—0544-07导弹弹身、直升机尾梁等大都是柱壳类结构，而且现在大都使用复合材料结构，这类结构在轴压载荷下常见的破坏形式为屈曲失稳，而非静强度破坏。出于设备安装、维修，以及结构本身维护方面的考虑，往往需要在结构表面设置不同形状的开口以及口盖补强¨o。已有的研究成果表明⋯，将屈

4、曲问题线性处理得到的临界屈曲载荷显著高于试验结果，因为薄壳类结构的屈曲形式通常表现为极值型失稳，而非理想的分支型失稳(也称线性特征值屈曲)，另一方面，真实结构都会存在初始几何缺陷。对1／3含口盖复合材料柱壳进行了线性特征值屈曲、含初始几何缺陷的非线性后屈曲承载能力分析以及缺陷敏感度研究，对比试验结果，为结构稳定性设计，提高结构利用效率提供了参考依据。目前在筒壳结构屈曲、后屈曲研究方面，Jabareen心。41和Sheinman心。o对圆柱、圆锥壳结构的屈曲、后屈曲行为都做了大量的研究。其一，在动载荷下所得到结果能够得到完整的载荷．端部压缩位移曲线，柱／锥壳结构对初始几何缺陷是敏感的，随

5、着缺陷幅值增大敏感度升高；其二，基于三维壳理论研究了柱／锥壳结构在轴压载荷作用下屈曲行为，对传统的特征值屈曲(分支型屈曲)考虑前屈曲非线性的影响，来预测结构的真实屈曲载荷和模态；其三，进行了带初始几何缺陷的柱／锥壳结构的后屈曲分析，分别研究了面内边界条件、初始几何缺陷的形状、大小以及结构半锥角对后屈曲行为的影响。Goldfeld等p。。总结了基于经典的3种壳理论(分别是Donnell的大挠度方程、Sanders的非线性薄壳理论以及Timoshenko的线弹稳定性理论)下的分支点屈曲问题，得出层合柱壳的拉．弯耦合影响非常突出；研究了带加强筋柱／锥壳结构的线弹性屈曲和缺陷敏感度，其中包括加

6、强筋的数目、收稿日期：2016-03-04；录用日期：2016435-20；网络出版时间：20164)6-2411：03网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／de

7、ail／11．2625．V．20160624．1103．001．html$通讯作者：E-mail：xiaoquan—eheng@buaa．edu．ell引甩格式：陈志喇，吴承康．程小全．等?1／3含口盖复合材料柱壳后屈曲性能lj]．北京航空航天大学学报，2017，43(3)：544．550．CHENZG，WUYK，CHENGxQ，eta1．Post·bucklingperformanceofI／3composit

8、ecylindricalshellwithcover[J]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(3)：544—550(jnChinese)．第3期陈志刚，等：1／3含VI盖复合材料柱壳后屈曲性能545布局位置和角度、层合圆柱壳在不同理论下的屈曲和后屈曲行为。在带加强筋柱／锥壳方面，集中研究了筋条的存在对屈曲载荷、屈曲模态和缺陷敏感度的影响，并由此提出通过带