平面搭接结构界面的应力分析

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在实际工程中,结合材料的应用非常广泛,涉及到航天、航空、机械、电子、生物、化学和土木科学等各个领域。结合材料的破坏,通常是从界面或其附近发生的。所谓界面,是指材料内的物性间断或不连续面。平面搭接形式的结合材料常见于各类结构外壳的修补等工程情况,容易导致修补结构的脱落或搭接板的剥离。本文主要研究内容是平面搭接结构界面的应力分析。  首先,运用界面端特征方程,对均质平面搭接结构和异材平面搭接结构界面端的应力奇异性指数进行理论计算,并利用ANSYS有限元软件进行数值计算,得到的理论解和数值解基本吻合。当平面搭接结构界面端的结合角一定时,应力奇异性指数随着结构中两材料杨氏模量比值的增加而增加;两材料杨氏模量的比值一定时,平面搭接结构界面端的应力奇异性指数会随着结合角度的增加而增加。  其次,主要分析了在集中力和弯矩两种载荷分别作用下,均质平面搭接结构界面应力分布规律以及随结合角改变的变化规律;异材平面搭接结构界面应力分布规律以及随结合角改变的变化规律。结果表明:两材料杨氏模量为3E1=E2的异材平面搭接结构,可以通过减小结合角来降低界面端的应力集中。  最后,研究了材料常数对平面搭接结构界面应力分布的影响,可为选择合理的材料组合提供参考依据。结果表明:杨氏模量对平面搭接结构界面端应力集中的影响较大,泊松比对平面搭接结构界面端应力集中的影响较小。
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