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新型导流罩结构的有限元分析

发布于:2019-10-04 16:45
有限元分析

      复合材料由两种以上材料组合而成,其组合材料选择十分广泛,具有良好的结构和性能可设计性,此优良特性给工程设计提供了更大的自由度,使以往许多难以满足的及互相矛盾的性能要求,可由复合材料基体及增强材料的选择和结构的设计加以满足。本文将对复合材料做成对导流罩结构进行有限元分析
      目前广泛使用的复合材料,如:碳纤维一树脂复合材料、玻璃钢豫胶复合板等,具有重量轻、强度高、刚度大、抗疲劳、耐高温、减振、易加工等特点,并可满足一些特殊的性能要求,如:透声性、热变形等。复合材料板根据结构可分为单层板、多层板。根据材料组成多层板又可分为层合板、夹芯板。夹芯板一般由厚度较小、刚度较高的面板和厚度较大、刚度很低的芯板组成。面板材料可选用木材、金属、复合材料等;芯板材料可选用泡沫、橡胶、塑料等,其结构可采用连续结构或非连续结构。   
      本文研讨的导流罩模型采用夹芯板复合材料设计,由三部分组成:上下表面为玻璃钢,中间夹芯层为梭胶,它具有良好的力学性能和声传播性能,为现代潜艇所广泛采用。
      夹芯板的芯板材料的刚度比面板材料小得多,有较大的柔性,甚至存在结构的不连续性,因而夹芯板的力学分析要比单层板、层合板复杂得多。由于面板对于自身中面的不对称性,在面板中存在拉-弯耦合;因为全局对于中面的不对称,在全局中也存在拉-弯耦合,且铺设角的存在,使得结构存在拉一剪祸合。在工程设计中,压剪载荷、横向载荷下及温度梯度载荷下的屈服及后屈服力学行为,是需要考虑的两个重要因素。一些发达国家已将后屈服强度引人飞机及工程结构设计准则中。这意味着面板、芯板中横向剪切变形及其它非线性因素的影响十分重要。因而夹芯板的理论分析的发展有自身的独立性,必须从对面板和芯板的假定进行模型分类。   
      从文献对面板的假定来看,夹芯板的分析可分为:(1)对于面板:①面膜理论,忽略面板中剪切应力的作用。②剪切变形理论,考虑面板中剪切变形的作用,其中包含有各向同性、各向异性及层合板理论。    (2)对于芯板:①软芯理论,忽略芯板的面力的作用。②硬芯理论,考虑了面内的拉伸及剪切变形的影响,假定夹芯板为对称结构。③高阶软芯理论,假定芯板为各向同性材料,忽略面内的拉伸及剪切变形的影响。
      由于复合材料的构造特点,承载复合材料板壳中可能存在各种祸合效应,在某些情况下需要考虑沿厚度方向剪切变形的影响和大挠度引起的几何非线性等问题。复合材料板壳理论,在研究复合材料板壳结构静、动、湿热载荷下的变形、应力分析、稳定和振动等问题方面得到广泛的应用。它与各向同性材料的板壳理论一样,包含应力应变关系、几何方程、平衡控制方程、边界条件及初始条件,但由于各种祸合效应及物理参数数量的增加,其难度与复杂程度要比各向同性材料的板壳理论大得多。


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