整体次加筋壁板屈曲载荷近似计算方法

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1、2015年3月第41卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2015V01．41No．3http：／／bhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0240整体次加筋壁板屈曲载荷近似计算方法徐元铭4，李松泽(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：为了在初步设计阶段能够快速计算整体次加筋板的失稳载荷，在一些合理假设的基础上，提出了一种简单的近似

2、计算方法．以无缺陷的四边简支的矩形次加筋板为研究对象，针对该结构的3种失稳形式，利用传统加筋板理论分别计算相应的屈曲载荷，并以3种失稳形式中最小的临界屈曲载荷作为整体次加筋板的近似屈曲载荷．应用ABAQUS软件的屈曲线性摄动步方法分别计算了两组有限元模型：一组用来验证3种失效形式理论公式计算的准确度；另一组是整体次加筋板有限元模型，用以验证所提出的次加筋板屈曲载荷计算方法的适用性．以上研究均考虑了纵向压缩载荷和压剪组合载荷两种工况．计算结果表明，理论近似计算方法能够准确地计算次加筋板的失稳载荷，有一定的工程应用价值．关键词：整体次加筋板；组合载荷；近似

3、公式；屈曲载荷；有限元分析中图分类号：V214．4文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)03—0369-06整体加筋壁板由于其制造成本低、有较长的疲劳寿命等优点，近些年来在飞机结构上有着广泛的应用．在制造技术方面，整体加工技术和增材制造技术(如电子束自由成型制造技术⋯)不断取得发展，又进一步推动了整体加筋壁板的发展，扩展了结构设计空间⋯．在这样的背景下，一些学者从丰富筋条结构层次的角度出发，提出了次加筋板(sub．stiffenedpanel)的概念(见1．1节)．次加筋板是一种含有比主筋条(primarystiffener)尺寸小的、

4、能够起到提高稳定性作用的次筋条(sub．stiffener)的加筋板‘21．它与传统整体加筋板相比，在同等壁板结构重量条件下，可较大地提高结构的抗失稳性能和抑制裂纹扩展的能力．通过在传统加筋板的主筋条之间布置次筋条，可以改变主筋条之间面板(简称带板)发生初始屈曲时的屈曲模态．适当地“控制”带板的屈曲模态，便可以提高它的临界屈曲载荷，进而提高次加筋板的稳定性．其中，主筋条在尺寸和刚度上比次筋条大很多，当次加筋板承受载荷达到临界屈曲载荷时，通常带板先发生屈曲，主筋条仍未发生弯曲失稳．到目前为止，国外学者已经进行了一些研究，Farley”1对7075铝合金方

5、板进行研究，以很小的重量增加(2％～5％)为代价，使棱柱形次加筋板屈曲性能相对于传统加筋板提高了23％一68％．Bushnell等"1利用Panda2程序对棱柱形次加筋板进行了优化，结果显示次加筋板可以降低屈曲性能对筋条间距的敏感度．Watson等”o应用基于有线条理论的VICONOPT程序对考虑后屈曲性能的次加筋结构进行了优化．Murphy，Quinn和Ozakqa等‘2’6{1应用非线性有限元软件分析了次加筋结构的力学行为，表明引入次加筋结构可以使原来的加筋板的屈曲和后屈曲承载能力提高10％以上．Khvyiuzov等一1对不同次筋条高度的等重量的次

6、加筋矩形板进行了研究，探索了次加筋条的最优布局形式．国内对这一结构的研究刚刚收稿日期：20144)4-30；录用日期：2014-06—12；网络出版时间：2014-09-0515：51网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0240．html+通讯作者：徐元铭(1965一)，男，江苏武进人，教授，xuymg@sina．corn，主要研究方向为飞行器结构设计、结构优化、神经网络专家系统．；f用格式：徐元铭，李松泽．整体获加筋壁板屈曲载荷近似计算方法fJJ．北京航空航天大学学报，2

7、015，41(3)：369．374．XuYM，LiSZ．Approximatecalculationmethodofbucklingloadoilintegralsub—stiffenedpanel【】]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41f3)：369—374(inChinese)．370北京航空航天大学学报2015年起步，王博等¨叫对次加筋板的初始缺陷敏感度进行了研究，结果表明与传统加筋板相比，初始缺陷对次加筋板的屈曲载荷的影响更小．以上这些学者的研究均采用的

8、是试验或有限元方法，虽然精确，但费用或计算成本过高，不适合在初步设计和优化设计阶段使用．因此，