FRP复合材料蜂窝结构面外受压时局部屈曲显式分析

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复合材料蜂窝结构(Composite Honeycomb Structures)是一种用途非常广泛的新型材料,它具有比重小,相对高的弯曲刚度,具有良好的吸能及隔热、隔声性能等诸多特点。在航空领域,蜂窝材料是夹层板芯层的首选材料。蜂窝结构的材料还广泛应用于汽车以及土木工程领域,典型的三明治结构就是在两块面板之间用较轻的蜂窝夹芯分隔开。纤维增强树脂复合材料蜂窝结构(FRP Ho neyco mbs)在承受面外载荷时,通常会在达到材料强度破坏之前发生局部屈曲。然而由于蜂窝结构的几何性质较为复杂且具有自重复的特性,FRP蜂窝结构局部屈曲性能的理论分析较少。  本文运用瑞利-里茨法和离散板理论对 FRP蜂窝结构的局部屈曲问题进行了深入研究,推导出复合材料板连接处的旋转约束刚度新公式,运用旋转约束刚度新公式对FRP蜂窝结构进行局部屈曲分析,获得了计算FRP蜂窝结构局部屈曲临界载荷的显式表达式,为FRP蜂窝结构面外受压时的局部屈曲前设计提供了理论依据。本文研究的具体内容如下:  (1)基于金属材料的结构稳定性理论,推导出正交各向异性薄壁型材各板连接处的旋转约束刚度近似表达式。将新公式首先运用于箱型结构的屈曲分析,通过对箱型结构的正交各向异性比、截面尺寸以及纵横比对旋转约束刚度的影响进行参数研究,验证了旋转约束刚度新公式的精确性和适用范围。通过采用不同近似表达式得到的结果与有限元结果对比,表明本文所推出的旋转约束刚度新公式可以更精确地用来计算箱型结构的临界屈曲载荷。  (2)利用瑞利-里茨法和离散板理论,求得一对边简支,另一对边旋转约束复合材料板的临界屈曲载荷的表达式。运用叠加原理,将旋转约束刚度新公式运用于面外受压FRP蜂窝结构的屈曲分析中,得到三种不同几何形式 FRP蜂窝结构临界屈曲载荷的显式表达式。  (3)对三种不同几何形式 FRP蜂窝结构的正交各向异性比、截面尺寸比以及厚度比对临界屈曲载荷的影响进行参数研究,通过显式表达式计算结果与有限元结果的对比,表明本文的显式公式可以用来精确地计算任意尺寸比的FRP蜂窝结构面外受压时的临界屈曲载荷。
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