复合材料薄壁梁限制扭转特性分析

复合材料薄壁梁限制扭转特性分析（共2篇）

复合材料薄壁梁限制扭转特性分析 篇1

复合材料薄壁梁限制扭转特性分析

基于Vlasov理论,本文建立了任意形状闭室复合材料薄壁梁限制扭转力学分析的分层翘曲模型.文中考虑了剪切和翘曲的.影响,并分析了材料和铺层对翘曲位移与应力的影响,建立了相应的升阶谱元法,算例表明,复合材料薄壁梁各分层的翘曲位移及应力相差较大.

作 者：邓忠民 诸德超 DENG Zhong-min ZHU De-chao 作者单位：北京航空航天大学,飞行器设计与应用力学系刊 名：北京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS年，卷(期)：26(1)分类号：V214.4关键词：复合材料 薄壁结构梁 扭转 分层翘曲

复合材料薄壁梁限制扭转特性分析 篇2

复合材料薄壁梁是复合材料梁的一种结构形式之一, 该形式的梁由增强纤维织物一体铺设为薄壁形式, 树脂浇注成型, 结构较轻。这种结构的优点是既能满足结构安全和应用需要, 又能尽可能的减轻结构的重量。薄壁梁的截面形状主要有矩形、T形、工字形、帽形等, 截面中心线不封闭的, 称为开口薄壁结构, 如图1 (a) 所示;而截面中心线封闭的, 称为闭口薄壁构件, 如图1 (b) 所示。帽形薄壁构件与蒙皮组合后可形成闭口薄壁构件。开口薄壁构件在制造加工、维修等方面都比较简单, 但抗剪切和扭转的能力较差, 在弯曲载荷作用下还容易发生失稳破坏, 而闭口薄壁构件的抗扭刚度比开口薄壁构件的抗扭刚度要强[1]。

2 复合材料薄壁梁剪应力计算

复合材料薄壁梁在中央受集中载荷的情况下[2], 其沿长度方向不同截面的剪力如图2所示。

在任一截面的薄壁梁受弯的状态下, 截面内的剪应力可表示为:

FS为横截面上的剪力;Iy为整个横截面对其中性轴的惯性矩;b为矩形截面的宽度;S*z为横截面上距中性轴为y的横线以外部分的面积对中性轴的静矩。τ的方向与剪力FS的方向相同。

2.1 帽形梁剪应力分析

对于如图4所示的帽形截面梁, 首先确定其截面中性轴, 若不计腻子倒角部分6及泡沫填充部分5, 并忽略因铺层不同而产生的影响, 令A1、A2、A3、A4、A7、Ad分别为第1、2、3、4、7、带板部分的截面面积, S1、S2、S3、S4、S7、Sd分别为各截面相对于y=0轴的静矩。则截面的形心垂向坐标值y0为:

对其腹板上的剪应力分析如下:

式中, τf为腹板剪应力, b=b0/sinθ, b0为腹板厚度, S*Z·y为距中性轴为y的横线以外的截面 (图3.9所示阴影部分截面) 对中性轴的静矩, S*Z·4·7为顶板截面对中性轴的静矩, hf为腹板的垂向高度。

由式3、4可知, 腹板上剪应力呈抛物线分布, 最大值位于中性轴处, 如图4所示, 腹板最大剪应力和腹板顶端剪应力分别为:

2.2 T 形梁剪应力分析

对于如图5所示的T形截面梁, 现对第3、4部分即腹板的剪应力进行分析, 首先确定其截面中性轴, 若不计腻子倒角部分5, 并忽略因铺层不同而产生的影响, 则令A1、A2、A3、A4分别为第1、2、3、4部分的截面面积, S1、S2、S3、S4分别为各截面相对于y=0轴的静矩。

截面的形心垂向坐标值y0为:

如果腹板 厚度不发 生由于在 轴y=h3处存在板 厚的变化, b1=7mm, b2=3mm, 故在y=y0和y=h3处, 分别有:

由上式可知, 对于T形加强筋, 在其腹板上, 位于y=h3处的剪应力比y=y0处的剪应力要大, 前者为后者的1.44倍, 腹板4上的剪应变分布情况如图6所示。

3 结论

复合材料梁相对于钢结构来说具有较强的可设计性, 可在应力较大区域进行特殊设计, 本文通过对前期的试验模型进行应力计算, 提供出了两种形式梁的应力特征。为后续的试验模型改进提供了依据。

摘要：复合材料梁是复合材料结构中最常见的受力构件, 在船舶非强力构件制作、内装工程中有着重量轻、可设计性强等优势, 如船舶结构中的纵横向梁等, 其几何特征是长度尺寸远大于宽度和高度尺寸, 它们通常由只受剪切载荷的腹板及受轴向拉、压载荷的缘条构成。所以, 分析剪应力在腹板中的分布极为重要。本文选取了两种典型结构形式的复合材料梁, 对其剪应力进行计算分析, 为复合材料梁在工程中的应用提供了依据。

关键词：复合材料梁,可设计,剪应力

参考文献

[1]李顺林, 王兴业.复合材料结构设计基础[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2011:115-119.

[2]吴樊, 朱锡, 梅志远.船舶结构力学[M].北京:国防工业出版社, 2010:300-301.