复合材料薄壁圆柱壳体的稳定性

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1、第儿卷第期航空学报。。年月刀复合材料薄壁圆柱壳体的稳定性北京航空航天大学王俊奎中国机载设备公司王虎创“。苦对妙口介尹洲‘坏才尹哪蒯万介卿洲主公。试哪萝,、五夕“萝户,洲萝哪衍删,总结,摘要本文讨论了复合材料圆柱壳体稳定性的复杂性了已经取得的研究成果并与有。、、、、关实验进行了比较重点评述了几何非线性物理非线性初始缺陷横向剪切效应和前屈曲变形状态等因素对失稳性能的影响。对今后的工作给出了建议。,圆柱壳,薄,稳定性关链词复合材料壳卜刀日,,主刀〕发朗朗,三〕‘,主之、,叭助主,盯小,殷。功邪。了份“〕,,,份、一朋舀、,圆柱壳体在现代工程中被广泛地用作为导弹飞行器和舰船的主要

2、的承载构件这类,。结构大都在受压环境下工作研究其稳定性具有重要的工程意义万‘〕,已自从年彭首先研究在均布外压作用下圆柱壳的屈曲性能以来经对““〕。,〔一在各类载荷作用下圆柱壳的屈曲问题取得了很多成果其中年和钱学〔“,,森在求解轴压圆柱壳的型方程的基础上提出了后屈曲分析方法年月,日收到年月日收到修改稿©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第期王俊奎等复合材料薄壁圆柱壳体的稳定性面〔‘”〕,“〕年提出了非完善结构稳定性的一般理论年

3、彭采用非线性理论和适当,。〔’〕的边界条件求解完善壳体的前屈曲基本状态提出了前屈曲一致理论把近年来屈曲研究的最新进展归纳为理论的发展和在板、壳和曲板等结构中的应用〔‘““〕、卜通用程序的发展和对包括大变形大应变和材料非线性在内的结构静动力特性的〔“’一’计算和用于计算极值点轴对称屈曲和轴对称结构的非轴对称分叉屈曲的专用程序的〔一‘〕。发展,,,由于复合材料结构所具有的特殊的力学特点如各向异性非均质性层间剪切模量,,较低和层间剪切与拉伸强度很低拉压模量和拉压强度不同等等使得对复合材料圆柱壳。,稳定性问题的研究要比金属圆柱壳复杂得多因此在分析复合材料圆柱壳稳定性问题,,、、,

4、时必须考虑其特殊性能如纤维铺设角铺层顺序不同的铺层材料等等所有这些因。,素都将影响结构的屈曲载荷首先研究了由胶合板制成的圆柱壳的扭转失稳问。,、题年代以来已经对复合材料多层夹层和加筋圆柱壳的稳定性问题进行了大量研一喂”,。。究本文的重点放在评述年代中期以后的工作二、基本理论,〔弓一。对于复合材料圆柱壳体的稳定性问题已经建立了各种不同的理论大致可分,为以下几类按最终求解的未知量可分为位移型理论和混合型理论按铺设顺序和角度可分为正交各向异性理论、各向异性理论和料合理论根据应变、挠度的大小和沿厚度方,、。,向剪切变形的影响程度可将基本理论分为经典理论剪切变形理论另外还有高阶理。

5、,、、,论和三维弹性理论由于采用后两种理论未知函数控制方程边界条件增多使问题,。,。,变得更加复杂求解更加困难但是高阶理论仍值得进一步研究此外还可以将基本。,。理论分为线性理论和非线性理论非线性理论难度较大下面将重点评述这方面的工作三、非线性问题,。复合材料以及结构的几何非线性是由大变形引起的其中包括有限应变和大转动在,二,,。。轴向受压时圆柱壳将产生薄膜力如存在初挠度,则有当量横向载荷刀口扩因此劣,,“。。、将产生挠度。少这时横向当量载荷将为刀,。口扩此载荷将使各向同性。正交各向异性和复合材料圆柱薄壳在低于或远低于临界载荷的情况下发生屈曲这就是经。,典载荷值远低于实验值

6、的原因线性理论没有考虑这种影响在某些情况下应当用非线性。理论来研究壳体的稳定性,用几何非线性理论研究圆柱壳的屈曲和后屈曲问题一般有种方法直接求解非线。性大挠度微分方程利用一般理论和离散坐标分析直接求解非线性大挠度微分方,,诚一般理论是建立在能量法程的方法是建立在平衡条件与变形谐调条件基础上的。,基础上的前者可以精确地研究后屈曲阶段的性态而后者只适用于初始缺陷十分微小且。,非线性挠度不大的情况离散坐标分析方法则不受结构形状与约束的限制可以求解比较,。,〔的复杂结构的后屈曲问题缺点是精度不易控制近年来不断有人将上述方法用于,,,分析复合材料板壳结构特别是复合材料圆柱壳的非线性

7、稳定性问题取得了一定进展。但尚未达到各向同性板壳结构那样的发展程度©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net航空学报第卷,,复合材料的物理非线性从宏观角度讲主要来自基体材料的非线性和复合材料中损,。,伤积累的影响同时和纤维的非线性也有关系在具体考虑这一因素时主要是通过剪切。“〕模量的非线性反映出来的和卜首先建立了这种物理非线性的应力应变关系。〔““一“”’、式周承调等利用能量变分法和有

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