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本文旨在建立在压缩荷载下先进复合材料格栅加筋板结构(AGS)后屈曲阶段的分层起裂和扩展过程的数值模拟方法。首先基于一阶剪切变形理论和Von-Karman 几何非线性关系,提出了AGS结构后屈曲有限元分析模型;其次,采用总能量释放率准则,并利用虚裂纹闭合法(VCCT)及自适应网格的生成和移动技术分析了分层损伤的扩展过程,在分析过程中考虑了分层前缘的接触效应;最后,应用OpenGL实现了分层损伤的起裂和扩展动态可视化过程。论文还以典型AGS结构为例,讨论了格栅构型、蒙皮铺层方式、分层位置和大小以及加强筋的刚度对分层起裂和扩展特征的影响,通过参数研究得到如下结论:
含分层损伤复合材料格栅加筋板(AGS)的分层扩展特性是十分复杂的,其格栅加筋型式、分层位置和大小、蒙皮铺设方式以及蒙皮和肋骨的刚度比等因素都密切相关。
(1)等三角形格栅加筋板结构具有比四边形正交格栅加筋结构更高的抗分层能力。
(2)分层半径尺寸较大的板出现分层扩展较早,同时也较快地进入不稳定阶段。
(3)蒙皮的铺层方式对分层扩展有明显的影响。
(4)提高肋骨刚度,可提高分层扩展的初始应变和最终应变值。但当肋骨刚度达到某一值时 (临界刚度),继续增加肋骨刚度将再不可能进一步提高板的抗分层起裂和扩展能力。
(5)通过对格栅加筋型式、分层位置和大小、蒙皮铺设方式以及蒙皮和肋骨的刚度比等参数的优化设计,提高AGS结构的抗分层起裂和扩展能力。
(6)本文提出的方法和所得结论对AGS结构的承载能力预测将具有参考价值。