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新型導流罩結構的有限元分析

發布於:2019-10-04 16:45
有限元分析

      複合材料由兩種以上材料組合而成,其組合材料選擇十分廣泛,具有良好的結構和性能可設計性,此優良特性給工程設計提供了更大的自由度,使以往許多難以滿足的及互相矛盾的性能要求,可由複合材料基體及增強材料的選擇和結構的設計加以滿足。本文將對複合材料做成對導流罩結構進行有限元分析
      目前廣泛使用的複合材料,如:碳纖維一樹脂複合材料、玻璃鋼豫膠複合板等,具有重量輕、強度高、剛度大、抗疲勞、耐高溫、減振、易加工等特點,並可滿足一些特殊的性能要求,如:透聲性、熱變形等。複合材料板根據結構可分為單層板、多層板。根據材料組成多層板又可分為層合板、夾芯板。夾芯板一般由厚度較小、剛度較高的麵板和厚度較大、剛度很低的芯板組成。麵板材料可選用木材、金屬、複合材料等;芯板材料可選用泡沫、橡膠、塑料等,其結構可采用連續結構或非連續結構。   
      本文研討的導流罩模型采用夾芯板複合材料設計,由三部分組成:上下表麵為玻璃鋼,中間夾芯層為梭膠,它具有良好的力學性能和聲傳播性能,為現代潛艇所廣泛采用。
      夾芯板的芯板材料的剛度比麵板材料小得多,有較大的柔性,甚至存在結構的不連續性,因而夾芯板的力學分析要比單層板、層合板複雜得多。由於麵板對於自身中麵的不對稱性,在麵板中存在拉-彎耦合;因為全局對於中麵的不對稱,在全局中也存在拉-彎耦合,且鋪設角的存在,使得結構存在拉一剪禍合。在工程設計中,壓剪載荷、橫向載荷下及溫度梯度載荷下的屈服及後屈服力學行為,是需要考慮的兩個重要因素。一些發達國家已將後屈服強度引人飛機及工程結構設計準則中。這意味著麵板、芯板中橫向剪切變形及其它非線性因素的影響十分重要。因而夾芯板的理論分析的發展有自身的獨立性,必須從對麵板和芯板的假定進行模型分類。   
      從文獻對麵板的假定來看,夾芯板的分析可分為:(1)對於麵板:①麵膜理論,忽略麵板中剪切應力的作用。②剪切變形理論,考慮麵板中剪切變形的作用,其中包含有各向同性、各向異性及層合板理論。    (2)對於芯板:①軟芯理論,忽略芯板的麵力的作用。②硬芯理論,考慮了麵內的拉伸及剪切變形的影響,假定夾芯板為對稱結構。③高階軟芯理論,假定芯板為各向同性材料,忽略麵內的拉伸及剪切變形的影響。
      由於複合材料的構造特點,承載複合材料板殼中可能存在各種禍合效應,在某些情況下需要考慮沿厚度方向剪切變形的影響和大撓度引起的幾何非線性等問題。複合材料板殼理論,在研究複合材料板殼結構靜、動、濕熱載荷下的變形、應力分析、穩定和振動等問題方麵得到廣泛的應用。它與各向同性材料的板殼理論一樣,包含應力應變關係、幾何方程、平衡控製方程、邊界條件及初始條件,但由於各種禍合效應及物理參數數量的增加,其難度與複雜程度要比各向同性材料的板殼理論大得多。


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