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板結(jié)構(gòu)計算模型的新發(fā)展
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料層合板 比例邊界有限元方法 正交各向異性 橫向剪切變形
摘要：現(xiàn)代復(fù)合材料層合板具有高強和輕型的突出優(yōu)點,從而在軍工和民用等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。這種板結(jié)構(gòu)的特點是隨著纖維走向的不同,層間材料的物理-力學(xué)特性發(fā)生劇烈變化。沿板厚方向變形的梯度比較陡峭,并在層間結(jié)合面處發(fā)生強不連續(xù),呈現(xiàn)zig-zag(鋸齒狀)現(xiàn)象。這導(dǎo)致橫向剪應(yīng)變在板的靜態(tài)和動態(tài)響應(yīng)中發(fā)生重要作用,不計橫向變形的經(jīng)典組合板計算模型CLPT難以適應(yīng)現(xiàn)代多層板計算分析的需要。考慮橫向剪切變形影響的板的計算模型得到重視和發(fā)展。需要指出,現(xiàn)有各種考慮剪切變形影響的計算模型雖然有了很大的發(fā)展,但在全面和準確性上仍然存在一定的不足,難以適應(yīng)現(xiàn)代多層組合板橫向力和物理性能多變的情況。模型預(yù)測的沿板厚方向位移和應(yīng)力的變化規(guī)律難以通過嚴格的檢驗。本文提出的以比例邊界有限元為基礎(chǔ)的正交各向異性板的數(shù)值計算模型,同時可適用于各種薄板與厚板的分析,對現(xiàn)代復(fù)合材料層合板的分析具有特殊的優(yōu)越性。所得到的板的位移、正應(yīng)力和剪應(yīng)力沿板厚方向的變化,與三維彈性理論的標準解高度吻合。數(shù)值算例進一步表明,隨著層間纖維走向的變化,板內(nèi)位移場和應(yīng)力場沿板厚方向劇烈變化所呈現(xiàn)的鋸齒現(xiàn)象均可以精準地進行模擬。據(jù)此,本文建議方法對現(xiàn)代板分析的廣泛適應(yīng)性和高度準確性得到了充分論證。
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