复合材料层合板热应力分析.pdfVIP

维普资讯 第 41卷第6期 兰州大学学报 (自然科学版) V0l1．41No．6 2005年 12月 JournalofLanzhouUniversity(NaturalSciences) Dec．2005 文章编号：0455—2059(2005)06—0094-06 复合材料层合板的热应力分析 冯跃 中，何录武 (华东理工大学机械与动力工程学院上海 200237) 摘 要：基于Reissner．Mindlin型全局位移场模型和有限元预测一修正分析过程，数值计算和分析了复 合材料层合板受热载荷作用下的横 向剪应力．计算结果与三维弹性解 比较表 明横 向剪应力的计算精 度是满意的． 关键词：复合材料层合板；有限元；预测一修正法；横向剪应力；三维弹性解 中图分类号：0343；TB330．1 文献标识码：A 对于复合材料层合板壳结构，考虑到剪切变 解决． 形效应(特别是在中等厚度 的情况)，在理论分析和 从三维应力平衡方程 出发来解决是 比较理想 数值计算中通常采用剪切变形理论． 的途径 5【~9l，有关该方面 目前研究情况的综述和展 有关层合板壳结构的剪切变形理论模型大致 望见文献 1『01． 可分为两类：一类为全局理论模型1【]即位移场 对于大多数实际问题，由于层合板壳结构呈 形式与单层板壳结构的情况类似，仅在 内力(或应 层性和各 向异性 的特点 以及载荷形式的复杂性， 力)的计算时考虑层的材料参数；另一类为片段光 基于三维线弹性理论或剪切变形理论模型 (二维 滑理论模型2【~4】，即在每一层上建立位移场，根据 模型)的解析解一般是难 以获得的，目前通常采用 层之间的位移和应力的连续条件获得统一的表 有限元方法进行数值计算分析．对于复合材料层 示形式，在 内力(或应力)的计算时仍要考虑层的材 合板受热载荷作用下的应力分析，文献 [11,-~15】分 料参数．全局理论模型的特点是未知变量个数不 别采用不同的方法给出了层合板的三维热弹性解． 随层数的变化而变化，但基于本构关系而计算出 尽管所研究的问题在几何形状、边界条件 以及铺 的横 向剪应力在层之间是不连续且也是相 当不 层上均为较特殊的情况，但其结果为剪切变形理 准确的．利用层合板壳上下表面剪应力为零的条 论模型和数值计算方法的正确性和精确性提供了 件可 以缩减高阶全局理论模型中未知变量的个 重要的判断依据． 数1【]’但所获得位移场形式在有限元分析中将遇 文献 1『，161基于一阶和高阶剪切变形理论 (全 到 单元的要求．对于片段光滑理论模型，通过 局理论模型)，用有限元法和解析法对层合板承受 一 些附加假设也可实现未知变量的个数不随层数 热和机械载荷下的力学行为进行了研究，在横 向 的变化而变化2【，4l，但所获得位移场形式较复杂且 剪应力和法 向应力的计算方法上主要采用拟3D 在有限元分析中同样将遇到C 单元的要求． 有限元．文献 5『]基于一阶剪切变形理论，通过对 目前 已有的研究工作表 明：1)片段光滑理论 平衡方程 (合力形式)的简化，然后采用积分方法 模型尽管满足(或部分满足)了层之间横 向剪应力 研究了层合板承受热和机械载荷下的横 向剪应力． 的连续条件，但基于本构关系而获得的横 向剪应 文献 1【7]基于高阶剪切变形理论，结合解析解的结 力仍有较大误差；2)相对一阶剪切变形理论模型， 果解释了文献 5『]中部分结果不合理的原因． 高阶剪切变形理论模型在预测结构的全局响应f如 本文主要根据文献 6【，91所给出的有限元预 挠度、振动频率、屈曲载荷等)方面有着明显的改 测一修正法，研究 了层合板受热载荷作用下的横 善(特别是对中等厚度的层合板壳结构)；3)无论是 向剪应力．对不同情况的数值计算结果，通过与相 采用全局理论模型还是片段光滑理论模型，横 向 应问题的三维线弹性解的详细比较，表明其横向 剪应力和法 向应力