复合材料加筋壁板承载能力分析

编号南京航空航天大学毕业设计题目复合材料加筋壁板承载能力分析学生姓名沈杨学号011110525学院航空宇航学院专业飞行器设计与工程班级0111105指导教师曾建江副教授二〇一五年六月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：复合材料加筋壁板承载能力分析）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名：年月日（学号）：毕业设计（论文）报告纸i复合材料加筋壁板承载能力分析摘要复合材料结构具有比强度高、比刚度大、材料的可设计性强以及制造工艺简单等特点。复合材料加筋壁板承受压缩等载荷作用时，丧失稳定性为其最常见的失效形式。为了保证结构的安全性能，工程技术人员需要对其进行稳定性校核，即屈曲分析。但是结构在失去稳定性之后往往还能继续承载，即结构的后屈曲行为特性，还需要对结构开展后屈曲分析，得到相应的破坏载荷和破坏方式。本文以ABAQUS商用有限元软件对所选复合材料加筋壁板开展屈曲与后屈曲分析，分别研究了工型、T型、帽型加筋平板的屈曲后屈曲特性。模型采用加载端一端固支一端加载、两侧边自由的边界条件并施加纯轴压载荷。应用Hashin失效准则判定结构的失效及破坏。文中加筋壁板的轴压后屈曲分析考虑了筋条和壁板所含初始缺陷的影响。同时本文也详细研究了加筋平板在相同筋条截面积下不同截面形状、不同筋条高度对结构屈曲载荷和破坏载荷的影响。分析结果表明：本文建立的模型及其边界条件合理有效，得到了对提高复合材料加筋壁板结构效率有参考价值的结论。关键词：复合材料加筋壁板，屈曲，承载能力，Hashin准则，有限元分析毕业设计（论文）报告纸iiTheBearingCapacityofStiffenedCompositePanelsAbstractCompositematerialstructurehastheadvantagesofhighspecificstrength,highspecificstiffness,excellentdesignabilityandsimplemanufacturingtechnology.Losingstabilityisthemostcommonformoffailure,whenthestiffenedcompositepanelisundercompressiveload.Inordertoensurethesafetyofthestructure,engineersneedtocarryonthestabilityanalysisofstiffenedstructures,namelybucklinganalysis.However,thestructuresstillhaveahigherstrengthcapacityafterbuckling,whichiscalledpost-bucklingbehavior.Thepost-bucklinganalysisisalsoneededtoobtainthepost-bucklingfailuremodeandfailureload.Inthispaper,thebucklingandpost-bucklinganalysisofstiffenedcompositepanelsiscompletedbythefiniteelementsoftwareABAQUS.ThemodelsinthispaperaretheI-shaped、T-shaped、M-shapedstiffenedcompositepanels.Theboundaryconditionofthemodelismakingtheloadingendsfixedandthetwosideedgesfree.Themodelisappliedtothepureaxialcompressionload.Hashincriteriaisselectedasthefailurecriterion.Thepost-bucklinganalysishasconsideredtheinfluenceoftheinitialdefectsofstiffenedcompositepanelsundertheaxialcompressionload.Withthesamecross-sectionalarea,thispaperalsodiscussestheeffectofdifferentshapesectionanddifferentheightoftheribsonthebucklingloadandfailureloads.Theanalysisresultsshowthatthemodelisreasonableandeffective.Theworkofthispaperprovidesreferencetoimprovetheefficiencyofthestiffenedcompositestructures.KeyWords：stiffenedcompositepanel;buckling;bearingcapacity;Hashincriteria;finiteelementanalysis毕业设计（论文）报告纸iii目录摘要....................................................................iAbstract..................................................................ii第一章绪论..............................................................11.1本课题研究背景及意义............................................11.2复合材料加筋壁板国内外研究现状..................................11.2.1国内研究现状.............................................21.2.2国外研究现状.............................................21.3本文主要研究工作................................................3第二章复合材料加筋壁板承载能力分析基本理论与方法..........................52.1引言............................................................52.2屈曲分析基本理论与计算方法......................................52.2.1加筋平板的局部屈曲分析...................................52.2.2加筋平板的总体屈曲分析...................................62.2.3屈曲载荷计算方法..........................................72.3复合材料加筋壁板非线性屈曲基本理论..............................82.4复合材料加筋壁板强度失效准则...................................102.5本章小结.......................................................13第三章复合材料加筋壁板承载能力算例分析...................................143.1引言...........................................................143.2算例结构参数...................................................143.2.1材料属性.................................................143.2.2几何尺寸.................................................143.3有限元建模....................................................163.4屈曲后屈曲分析验证............................................183.5本章小结......................................................19第四章复合材料加筋壁板参数分析...........................................20毕业设计（论文）报告纸iv4.1引言..........................................................204.2构型参数......................................................204.2.1材料属性................................................204.2.2截面参数................................................204.3筋条刚度配比对加筋壁板承载能力的影响..........................234.3.1工型截面................................................234.3.2帽型截面................................................254.3.3T型截面.................................................274.4筋条截面形状对加筋壁板承载能力的影响..........................294.5本章小结......................................................30第五章总结与展望.........................................................315.1全文总结......................................................315.2工作展望......................................................31参考文献..................................................................33致谢..................................................................34毕业设计（论文）报告纸-1-第一章绪论1.1引言复合材料由于其优异的力学性能，更大的比强度和比刚度，简单的制造工艺和更强的可设计性等特点，在航空航天、核工业、机械等重要的工业部门得到越来越多的应用。随着成本控制在各个领域应用受重视程度提高及对飞行器重量的要求，越来越多的高性能复合材料被研发并投入应用，同时科研人员也越来越重视高性能复合材料的研发工作。由于更换密度更低的同等材料对于飞机减重最为适用，复合材料加筋壁板在航空航天领域应用越来越广泛。复合材料在军用航空器中的使用由F-18开始，逐步发展到今天，第四代战机F-22