封閉截面復(fù)合材料夾芯薄壁桿件的理論分析和有限元驗證.pdf

1、復(fù)合材料因其具有高比強度、高比模量和質(zhì)量輕的特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工以及土木工程等領(lǐng)域中。薄壁桿件是其應(yīng)用時的重要結(jié)構(gòu)形式，在工程中的應(yīng)用日益廣泛，它更是未來復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的主要形式之一。本文對用于橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料夾芯箱梁，提出了一個復(fù)合材料薄壁桿件理論分析的通用方法，并在其基礎(chǔ)上，建立了一種復(fù)合材料夾芯箱梁的芯層計算模型和層間應(yīng)力計算方法。利用大型有限元通用計算程序ANSYS9.0對其進行驗證分析，同時還探討了復(fù)合材料薄壁

2、桿件復(fù)雜的力學(xué)行為。 本文首先對文獻[1～4]提出的復(fù)合材料薄壁桿件(復(fù)合材料薄壁箱梁)計算理論進行了補充完善。用柱殼無矩理論來分析，列出相應(yīng)的廣義本構(gòu)方程。由最小勢能原理導(dǎo)出問題的平衡控制方程和邊界條件，接著探討問題的求解。其次進一步考慮幾何非線性的影響，初步建立了一種組合變形下復(fù)合材料薄壁桿件的非線性理論分析方法。重點對桿件進行非線性扭轉(zhuǎn)分析。由給出的等效本構(gòu)方程和總勢能泛函，根據(jù)最小勢能原理導(dǎo)出了所給問題的平衡控制方程和

3、相應(yīng)邊界條件。并討論了該方程和邊界條件的求解。 然后根據(jù)復(fù)合材料薄壁桿件理論，對于復(fù)合材料夾芯箱梁建立一種組合模型，給出兩表層和夾芯層的變形描述，引入各自的本構(gòu)關(guān)系，求出總勢能泛函，由最小勢能原理導(dǎo)出復(fù)合材料夾芯薄壁桿件的平衡控制方程和邊界條件。并且根據(jù)工程需要具體地計算出了復(fù)合材料夾芯薄壁箱梁等效本構(gòu)方程的剛度矩陣，全面地探討了方程的解耦和求解，對具體問題的理論結(jié)果給出了求解全過程。 最后，根據(jù)己建立的理論計算方法，重