复合材料帽形加筋梁强度及刚度实用计算与试验-论文.pdf

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1、第26卷第5期海军工程大学学报Vo1．26NO．52014年1O月JOURNAL0FNAVALUNIVERSITYOFENGINEERING0ct．2014DOI：10．7495／j．issn．1009—3486．2014．05．012复合材料帽形加筋梁强度及刚度实用计算与试验胡明勇，王安稳，章向明，杨少红(海军工程大学理学院，武汉43O033)摘要：利用变形协调方程，推导了复合材料帽形加筋梁的等效弯曲刚度公式，建立了复合材料帽形加筋梁的应力、挠度计算公式。计算了均布荷栽作用下，不同边界条件下复合材料帽形加筋梁的应力和挠度，并进行了帽形加筋

2、梁的三点弯曲强度试验。对比分析了数值计算结果和试验结果，结果表明：理论计算结果和试验结果吻合较好，说明该方法以及推导的计算公式是可靠的，易于在复合材料船体初步设计阶段中使用。关键词：复合材料船体；帽形加筋；等效弯曲刚度；三点弯曲强度试验中圈分类号：V229．7文献标志码：A文章编号：1009—3486(2O14)05—0053—04Experimenalresearchandcalculationofstrengthandstiffnessofhat—stiffenedcompositebeamHUMing—yong，WANGAn—wen，

3、ZHANGXiang—ming。YANGShao—hong(CollegeofScience，NavalUniv．ofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Theequivalentbendingstiffnessofhat—stiffenedcompositebeamisformulatedbyusingthecompatibilityequationsofdeformation．Thenthecalculatingformulasofstressanddisplacementofhat—stiff

4、enedcompositebeamarederived．Theclosedformsolutionsofdisplacementsandstressesofhat--stiffenedcompositebeamarecalculatedundertheclampedboundaryconditionorthesimply—-supportedboundarycondition．Theflexuralstrengthofhat—stiffenedcompositebeamistestedbythethree—pointbendingmetho

5、d．Thefactthatcalculatedresultsandthetestedonesareingoodagreementshowsthatthemethodadoptedisreliableandeasytobeappliedintheinitialdesignofcompositehul1．Keywords：compositehull；hat—stiffened；equivalentbendingstiffness；three—pointbendingtest从公开发表的文献来看，国内对复合材料加法。为此，文中基于复合材料力学理论

6、，推导了两筋结构的理论研究主要在航空领域_1]，涉及复种边界条件下复合材料帽形加筋梁的强度和刚度合材料船舶领域的较少[4]。从研究方法上看，计算公式，并设计了一个两端简支复合材料帽形由于对实船复合材料的理论研究难度较大，国内加筋梁的三点弯曲试验。外学者一般都是利用有限元建模来进行处理。其中较具代表性的是直接计算方法L6-7和逐步破坏1等效弯曲刚度系数分析方法_8]。但由于有限元建模计算量很大且难以在船体初步设计阶段使用，因此有必要探索对于纵向(z方向)的帽形加筋层合梁(见图出简化的复合材料船体结构强度和刚度计算方1)，将其简化为由一系列梁条

7、元(i===1，2，⋯，)组收稿日期：2013—10—10；修回日期：2013-12-12。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51479206)；国家部委基金资助项目(4O1O4O7O1O1O3)；海军工程大学自然科学基金项目(HGDQNSQJJ12OO1)。作者简介：胡明勇(1977一)，讲师，博士，主要方向为船舶结构力学和复合材料力学。通信作者：胡明勇，E—mail：shuai_humingyong@163．com。海军工程大学学报第26卷成的计算模型(见图2)。则有：标轴的距离为第i个梁单元剖面中心到参考忌一M／EI。(1)轴的距离

8、；b为第i个梁单元宽度；A、A、Az式中：尬为作用于加筋层合梁的弯矩；EI为加筋为第i个梁单元的面内刚度系数。由式(5)可得，层合梁剖面的弯曲刚度(E为z方向模量)；为等效弯曲刚