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1/3含口盖复合材料柱壳后屈曲性能

陈志刚 吴永康 程小全 张涛

陈志刚, 吴永康, 程小全, 等 . 1/3含口盖复合材料柱壳后屈曲性能[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(3): 544-550. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0159
引用本文: 陈志刚, 吴永康, 程小全, 等 . 1/3含口盖复合材料柱壳后屈曲性能[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(3): 544-550. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0159
CHEN Zhigang, WU Yongkang, CHENG Xiaoquan, et al. Post-buckling performance of 1/3 composite cylindrical shell with cover[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(3): 544-550. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0159(in Chinese)
Citation: CHEN Zhigang, WU Yongkang, CHENG Xiaoquan, et al. Post-buckling performance of 1/3 composite cylindrical shell with cover[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(3): 544-550. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0159(in Chinese)

1/3含口盖复合材料柱壳后屈曲性能

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0159
详细信息
    作者简介:

    陈志刚,男,硕士研究生。主要研究方向:复合材料结构稳定性分析

    程小全,男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:复合材料结构损伤容限分析与设计技术

    通讯作者:

    程小全, E-mail:xiaoquan_cheng@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V221+.3;TB553

Post-buckling performance of 1/3 composite cylindrical shell with cover

  • 摘要:

    工程结构中复合材料柱壳已经得到了广泛使用,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。

     

  • 图 1  1/3含口盖柱壳实物图

    Figure 1.  Practicality picture of 1/3 cylindrical shell with cover

    图 2  试验件压缩载荷-端部压缩位移曲线

    Figure 2.  Compressive load-end shortening displacement curves of specimens

    图 3  试验件C屈曲模态

    Figure 3.  Buckling mode of specimen C

    图 4  试验件应变布局

    Figure 4.  Strain gauge layout of specimen

    图 5  1/3柱壳FEM

    Figure 5.  FEM of 1/3 cylindrical shell

    图 6  Buckle算法所得屈曲模态

    Figure 6.  Buckling mode obtained by Buckle algorithm

    图 7  试验与Riks法应变-压缩载荷对比

    Figure 7.  Comparison of strain-compressive load between test and Riks algorithm

    图 8  基于Riks法压缩载荷-端部平均压缩位移曲线

    Figure 8.  Compressive load-average end shortening displacement curves based on Riks algorithm

    图 9  基于Buckle和Riks法的不同模态变形

    Figure 9.  Deformed shape of different modes based on Buckle and Riks algorithms

    图 10  初始几何缺陷大小对上临界屈曲载荷影响

    Figure 10.  Effect of initial geometric imperfection amplitude on up-critical buckling load

    表  1  柱壳铺层复合材料的力学性能

    Table  1.   Mechanical properties of composite used in cylindrical shell

    材料 E11/GPa E22/GPa G12/GPa μ12 t/mm
    单向带T300/6808 117 8.00 3.00 0.300 0.160
    0.125
    织物G814/6084 63.0 63.0 4.10 0.060 0.240
      注:E11—1方向弹性模量;E22—2方向弹性模量;G12—1-2平面内剪切模量;μ12—泊松比;t—单层厚度。
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    表  2  柱壳不同位置的材料及铺层方式

    Table  2.   Materials and ply sequences of different parts on cylindrical shells

    结构 材料 铺层方式 层数
    蒙皮 单向带T300/6808 (0.160 mm) [45/-45/02/90]S 10
    纵向筋条 单向带T300/6808 (0.125 mm) [45/-45/02/45/-45/0/90]S 16
    横向筋条 单向带T300/6808 (0.125 mm) [-45/45/902/-45/45/90/0]S 16
    两侧加强筋 单向带T300/6808 (0.125 mm)
    [45/-45/02/45/-45/0/902/0/-45/45/02/-45/452/-45/02/45/-45/0/902/0/-45/45/02 /-45/45]S
    64
    补片 织物G814/6084 [011] 11
    口盖 织物G814/6084 [011] 11
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-04
  • 录用日期:  2016-05-20
  • 网络出版日期:  2017-03-20

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