双材料叠合梁的应力分析

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叠合梁多由两种或两种以上的材料组成,可以很好的发挥不同材料在强度、刚度和耐腐蚀等方面的优势,还因为具有设计灵活、施工简便等特点,在实际工程中的应用越来越广。本文基于平面弹性力学的基本方程,采用应力函数法,对双层叠合简支梁的简支端提出了两种等效边界条件,得到了相应的上表面受均布载荷作用的双层各向同性材料和双层正交各向异性材料叠合简支梁的解析解。两种等效边界条件仅对弯曲正应力和位移有影响,对挤压应力和切应力没有影响,文中讨论了不同的材料参数、层高、跨高比和摩擦系数对解析解的影响。基于所得到的解析解,对叠合梁的应力和位移进行了分析,并将各向同性材料叠合梁的解析解与材料力学解进行了比较。研究结果表明,各向同性材料叠合梁的两种解析解很接近,正交各向异性叠合梁的第一种解析解比第二种好;上、下层对调后,两层中的应力基本不变;变形后,上、下层的横截面几乎仍保持为平面:接触面有摩擦时,叠合梁的承载力有所提高,外侧应力值大于内侧应力值,且上、下层的中性层都由相应的几何中面向接触面偏移;较大的弹性模量和较大的层高在同一层时,可提高叠合梁的承载力。正交各向异性材料叠合梁的解析解可退化为各向同性材料叠合梁的解析解。运用有限元分析软件ANSYS14.0分别对各向同性材料和正交各向异性材料叠合梁进行了数值分析,并与解析解进行了比较,结果表明,两种解析解都与有限元解吻合较好,从而检验了解析解的正确性。
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