大开口复合材料加筋壁板稳定性分析

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1、第29卷第1期应用力学学报Vol.29No.12012年2月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSFeb.2012文章编号：1000-4939(2012)01-0093-05大开口复合材料加筋壁板稳定性分析王富生张钧然霍世慧岳珠峰(西北工业大学710129西安）摘要：运用大型有限元软件Patran/Nastran分析了大开口复合材料加筋壁板的稳定性，并对不同加筋方式下壁板屈曲特征值和屈曲模态图进行了比较。结果表明：补强提高了大开口复合材料壁板的稳定性，但往往无法达到很好的效果，需要通过加筋改善其稳定性；加筋复合材

2、料壁板稳定性较原有模型有较大提高；加筋大开口复合材料壁板屈曲特征值随筋条距开口中心距离的增加而减小，其屈曲分界线均位于筋条布置处；纵筋大开口复合材料加筋壁板一阶屈曲特征值为2.13，而横筋只达到1.08；纵筋布置对复合材料壁板稳定性影响明显高于横筋布置，可在实际工程应用中适当增加纵筋的布置。关键词：复合材料；加筋壁板；补强；大开口；稳定性中图分类号：TB33文献标识码：A利用非线性分析和线性分析方法对复合材料的应力-1引言应变关系进行了模拟；文献[4]分别分析了压缩载荷作用下复合材料板无孔、开孔、开孔补强后的稳定性问题，并开展了补强参数对

3、稳定性的影响分析；碳纤维等复合材料以其轻质、高强、高模量等文献[5]对开孔补强中不同开孔孔径进行了实验研优点得到了广泛的应用。实际工程应用中，复合材究和数值分析，认为存在一个对补强效率最高的补料承力结构常常需要开孔。开孔切断了复合材料纤强孔径；文献[6]研究了受轴压、外压以及轴压和外维，破坏了原应力和变形的连续性，进而产生应力CAMEO凯模CAE案例库压的联合作用下大开口复合材料网格加筋锥壳的稳集中使复合材料结构强度大大降低，尤其是对于一定性。但对于复合材料壁板出现的大开口现象，周些大开口的复合材料结构件，其强度和稳定性均受围环形区域的补

4、强往往无法很好地解决稳定性问到很大的影响。开口补强是对复合材料结构件开口www.cameo.org.cn题，这时需要对复合材料壁板进行加筋处理，改善附近受影响区域进行处理，从而提高整个复合材料其稳定性。对此，国内外也开展了一定的研究：文板的强度和稳定性。对此，国内外开展了很多研究：献[7]采用离散加筋模型，运用能量原理分析了单向文献[1]分析了非对称补强方式对层合板强度的影等跨加筋板的屈曲和后屈曲行为；文献[8]提出了一响，认为补强后板的强度比未补强时可提高5%～种修正平铺等效刚度法来考虑筋和面板的相互作12%；文献[2]针对顺序铺层对称

5、补强问题的研究发用；文献[9]通过建立复合材料格栅结构单元的基本现对称补强板的强度比未补强时可提高29%～力学假设和分析模型，推导了一种新的等效刚度计40%；文献[3]对复合材料开口非补强和开口补强层算方法，用于分析复合材料格栅加筋板的总体稳定合板建立了有限元模型，采用8节点厚壳单元分别性；文献[10]基于等效刚度思想通过设定层合板的基金项目：国家自然科学基金(51175424)；高等学校学科创新引智计划项目(B07050)；西北工业大学基础研究基金(JC20110257)来稿日期：2011-08-30修回日期：2011-12-12第一作

6、者简介：王富生，男，1979年生，博士，西北工业大学力学与土木建筑学院，副教授；研究方向——复合材料力学性能分析及结构优化设计。E-mail：fswang@nwpu.edu.cn94应用力学学报第29卷属性参数模拟了加筋板结构的力学特性，提出了一产生，其一阶屈曲主要发生在开口附近；二阶屈曲种适用于不同截面形状和布局形式的加筋板总体失时有两个半波产生，其屈曲位置向开口两边区域转移。稳分析的等效层合板建模方法；文献[11]开展了有限元建模、边界条件确定、桁条横截面对稳定性影响方面的研究；文献[12]对机身加筋曲板在轴压载荷下的后屈曲承载能力进

7、行了试验和工程算法研究；文献[13]基于稳定性理论,并综合复合材料任意加筋板壳有限单元和复合材料层合板壳失效理论等方面的成果,开发了一个用于机身复合材料加筋板壳结构稳定性及强度的分析程序。上述文献运用不同方法和理论对加筋板壳结构及开口问题的稳定性进行了分析，但对大开口复合材料壁板中筋条影响及布置方式研究较少，本文图2大开口复合材料壁板屈曲模态图及其特征值拟开展大开口复合材料壁板中筋条对稳定性影响及2.2大开口补强复合材料壁板稳定性筋条布置方式研究。采用插层补强法对开孔周围环形区域进行均[4]2大开口复合材料壁板稳定性匀对称补强；补强区铺层

8、顺序为[90/0/90/±45]s，补强区模型厚度为1.5mm；在开孔复合材料壁板模型基础上对开孔周围补强区网格进行重新划分；通2.1大开口未补强复合材料壁板稳定性过改变补强区单元属性来模拟插