复合材料层合板的热变形非线性分析.pdfVIP

第34卷第3期 大 连 理 工 大 学 学 报 V01．34，No．3 Journal of Dal Jan University of Technology Jun 1 9 9 4 复合材料层合板的热变形非线性分析 一 ／ 陈浩然 息志臣 贺晓东 弋B 弓 -———————— ， —， ———————一 (工程力学研究所 ) 摘 要 采用交替非线性分析有限元法研究了复台材料层台板在瞬态热载作用 下的热变形问题．通过数值结果讨论表明，在研究热载作用下复合材料层 台顿热变形分析时必须考虑复合材料热物理和力学机械性质随温度变化的 非线性特征． 关键词；复合材料；层台；非线性结构分析； 境物理效应／热交 万一 … 分类号： H．8 0 前 言 复合材料层合板结掏已在宇航、航空、船舶及其他工程结构中得到广泛的应用i在工程 环境或成型工艺过程中，层合扳经常处在热环境状态，加热过程可能是瞬态的或是稳态的． 由于复台材料的非均匀性、呈层性和环境敏感性等特征，在热环境工作，层合板将出现较大 的热应力或热变形，从而导致层台板结构失效．复合材料层合板在热环境r应力和变形分析 问题已成为结构分析和设计工作者十分关注的问题． 复合材料层合板热变形和热应力的研究，一般分为两个部分：一是根据外界热环境．确 定层合板内瞬态或稳态温度场分布；二是根据第一部分得到的层合板温度分布，确定热当量 载荷，然后计算层合板的热变形和热应力．复合材料热物理和力学机械性质是温度的函数， 尤其是外界温度接近于玻璃化转变温度时，其热物理和力学机械性质将有明显变化；为此以 上两部分计算必须交替进行．故此同题是属于一个交替非线性(或可称耦台非线性)分析问 题，在分析上具有 一定难度． 作者在文献[1]中已讨论了复合材料层台板非线性瞬态温度场的分析同题；给出了一种 递归算法，通过算例说明了在温度场分析中考虑非线性的重要性．本文在此基础上，进一步 研究了复合材料层合板热变形非线性分析问题． 熊 ~ ：199基3慧 ㈨ 第3期 陈浩然等：复合材料层合扳的热变形非线性分析 281 1 温度与热物理和力学机械性质的细观力学函数表达式 圉l给出AS／35OI复合材料层合板材料力学性能昌、E：和G 。随温度变化的试验曲线 0 0 0 、 ／K T／K T／K 图l 温度对As，3j l材料E、E。和G 的影响 由图可知，其性能随温度增加而退化．因此要发挥复合材料潜力，必须研究其环境效应。 ． 复合材料是多相材料，一般说来对于树脂基复合材料其性能对环境有较强的敏感性．通 过细观力学模型可建立材料组分性质与材料宏观性质的关系． 假设：①热影响可用一个无量纲温度0。的幂指数规律来拟台；②在热变化范围内，复 合材料力学性质在每一时刻还是线性的，但它是温度的函数；③复合材料层合板理论和失效 准则仍然是正确的；温度仅改变材料和结构的刚度或强度特征．定义无量纲温度参数“ 口 一 [ 一 3／[ 一 ] (1) 其中：