屈曲分析叠层复合面板与椭圆断路受轴向压缩

文摘

进行了屈曲分析调查的反应层压复合圆柱面板和一个椭圆断路受到轴向载荷。使用有限元分析有限元数值分析软件。断路器的位置和大小的影响和复合层角复合材料正交异性层合板的屈曲载荷圆柱面板调查。最后,简单的方程,形式的屈曲荷载换算系数,提出了利用最小二乘回归方法。结果给有用的信息为设计一个叠层复合圆柱面板中,可以用来提高圆柱形电池板的负载能力。

1。介绍

层压复合壳广泛应用于许多工业结构包括汽车和航空由于其较低的重量比金属结构(1]。许多这些壳结构图样或开口,作为门,窗户,或访问端口,这些图样或开口通常需要某种类型的加强结构来控制本地附近的结构变形和应力断路。此外,这些结构可能会经历压缩加载操作期间,因此他们的屈曲响应特性必须理解和准确预测为了确定有效的为这些结构设计和安全操作条件。

预测结构的屈曲载荷和屈曲模式在有限元程序中,线性或特征值屈曲分析是评估现有的技术(2]。一般来说,复合材料层合壳的分析要复杂得多的分析均质各向同性的(3]。

在文献中,许多发表的研究调查了复合材料正交异性层合板的屈曲断路(4- - - - - -10]。很少有研究在屈曲复合面板。金姆和努尔(11]研究了组合板的屈曲和后屈曲响应中央圆形图样进行各种组合的机械和热负荷。他们研究了孔直径变化的影响;面板的长宽比;复合叠层顺序;稳定边界上的纤维取向;后屈曲响应和灵敏度系数。

Mallela和阿帕德海耶(12)提出了一些参数研究简支层合复合材料板进行平面剪切加载。他们分析了许多使用ANSYS模型,和一个数据库是准备不同的板和加劲肋组合。研究通过改变面板进行orthotropy比率,节距长度(加强剂)、加劲肋深度、抹外延的加劲肋板刚度比,和外延刚度剪切刚度比的壳。

横向中央对薄的影响纤维增强复合材料圆柱板与强调平面膜影响的重要性,研究了基斯特勒公司为Waas [13]。小和大变形的影响反应在检查他们的工作。非线性方程组是派生的影响问题,包括赫兹接触法律,解决了随着时间的推移,用龙格-库塔积分。

分析方法开发连续确定的层间应力自由边界扩展到预测曲线边界的自由边强调对称复合材料在飞机荷载作用下由ChaoZhang et al。14]。他们描述了三维(3 d)在分层应力分布曲线边界的基础上的零级近似边界层理论。发现相关的应力函数最小化的互补的能源和变分原理,满足零平衡方程,边界条件,在层之间的接口和牵引连续性。

胡和杨15)优化纤维增强层合圆柱板的抗弯性与给定的材料体系和受单轴压缩力对纤维取向通过使用一个序列线性规划方法在一起用一个简单的移动限制策略。面板厚度的显著影响、曲率、纵横比、图样、和结束条件最佳的纤维取向和相关优化屈曲载荷叠层圆柱板已被证明通过自己的调查。

Dash et al。16)提出了叠层复合材料弯曲板的振动和稳定性与矩形图样使用有限元方法。一阶剪切变形(FSDT)是用来模拟弯曲板,考虑横向剪切变形和转动惯量的影响。破折号的研究表明,振动的基本频率的角厚度平板减少引入小图样但再次上升,增加排气阀的大小。然而,更高的振动频率继续减少中等大小的断路,然后上升进一步增加大小的断路。稳定电阻随尺寸增加断路的弯板与振动的频率。加et al。17研究了叠层复合材料板的屈曲行为,实验和数值。

本文研究复合材料正交异性层合板的屈曲行为面板与椭圆断路。也提出了参数研究调查断路的影响大小,断路位置,面板参数和厚度复合材料正交异性层合板的屈曲角度面板。一组线性分析的使用进行了有限元分析,验证通过比较对解决方案发表在文学。最后,一组公式(基于数值结果)的计算复合材料正交异性层合板的屈曲荷载换算系数面板用椭圆图样。

2。板的几何和力学性能

用于分析的结构如图1。试样是一个圆柱形面板与椭圆/循环器。根据这个图,参数的大小(一个)显示断路的纵轴面板,和参数(b)的大小显示断路沿圆周方向的面板。标本被任命如下:300 -250 -- - - - - -- - - - - -。后面的数字和显示面板的半径和长度,分别。厚度的复合厚度为0.125毫米的复合叠加(测量从汽缸纵向方向),这是反对称的中间表面,对应的总厚度吗毫米。

名义正交的弹性材料属性表中列出11是沿着纤维方向的,2方向是横向的纤维在板的表面,和3方向板是正常的。

3所示。使用有限元数值分析方法

获取屈曲预测与有限元分析和特征值分析,运行“扣”的一步。特征值分析是进行层压复合圆柱板在轴向载荷下的常见荷载研究理论屈曲研究板壳,使用有限元法。

底部边缘面板完全夹紧,夹紧,除了轴向运动顶部边缘,和简支沿其垂直边缘。eight-node非线性元素S8R5与五自由度的每一个元素节点用于分析。网格为每个小组分为两个区域。在该地区附近的抠图,创建更小的元素,融合研究的复合圆柱面板。

每个网格的细化阶段的结果进行了比较与总结了前一阶段,在桌子上2。

为了避免耗时的分析,一个元素的大小等于3.5毫米×3.5毫米被视为一般的元素大小在剩余的数值分析。对于这个元素的大小,所有元素的平均比例是1.34足够了。的分析表明,一个典型的元素大小0.45毫米可以用于模型器周围的区域。一个典型的复合圆柱板的有限元模型器如图2。

4所示。验证有限元模型的轴向载荷

确定有限元模型是否足够准确,利用现有实验的结果进行验证,数值和理论结果。本文验证有限元分析,变形模式和屈曲模式进行了研究。数据3和4显示结果的比较与斯坦利目前模拟18)的结果。

5。数值分析的结果

在本节中,叠层圆柱板的屈曲分析的结果与椭圆/圆形图样给出了通过有限元方法。

5.1。厚度角度对屈曲荷载的影响

设计一个优化的复合材料层压板需要找到最好的纤维取向每一层(20.,21]。图5(一个)显示厚度的影响角度的弯曲形状复合圆柱小组第一屈曲模式。图5 (b)显示第一个屈曲载荷的依赖复合层压复合圆柱面板的厚度的角度。厚度范围的角度,第一个屈曲载荷和屈曲形状有关,同时增加厚度的角度引起屈曲形状B, C, D, E之前。厚度范围的角度屈曲形状已经观察到,一次。厚度的角发生的最大负载,约105%高于圆柱形面板叠加。我们也调查了厚度的影响角度对前五个叠层复合圆板的屈曲载荷(数据没有显示为了呼吸急促)。这些结果表明,屈曲载荷的敏感性对厚度增加一个小角上屈曲模式。

5.2。器高度变化的影响在屈曲载荷

在本节中,断路高度变化的影响在多层板的屈曲荷载调查。这个调查,图样与恒定宽度(75毫米)中创建的数字中高板的位置。然后,我们研究屈曲载荷的变化改变图样的高度从15到75毫米。计算结果列在表中4。此外,数据6(一)和6 (b)显示屈曲载荷与和分别率曲线。根据图6(一)可以看出,屈曲载荷的多层板断路高度增加时略有减少。

面板的比率,,,半径为400毫米,断路的增加从30 - 75毫米,高度屈曲载荷减少42岁,34岁和31%,分别。减少面板的比率,,和500毫米的半径是24日20日分别和14%。因此,可以推断,长,纤细的电池板断路高度的变化更敏感。也算6 (b)表明,壳用较大直径和相同的图样更耐屈曲。

5.3。器宽度变化的影响在屈曲载荷

本节探讨断路的宽度变化的影响复合材料正交异性层合板的屈曲载荷圆柱面板。所以图样在恒定的高度(30毫米)创建数字中高的面板。然后,断路的宽度变化的影响在屈曲荷载,研究了通过改变“从30到90毫米宽。每个模型的设计和分析细节在表中做了总结5。

数据7(一)和7 (b)显示了屈曲载荷与和分别率曲线。可以看出,修复器高度时,断路器的宽度的增加降低了屈曲载荷。

在叠层圆柱板400毫米的半径,减少的屈曲荷载的增加,宽度从30到75毫米是49断路,42岁和40%,板的比率,,,分别。复合材料正交异性层合板的半径在1000毫米,随着断路宽度的增加从30到75毫米,屈曲载荷减少31岁,27岁,和20%,板的比率,,,分别。所以很明显,长,纤细的贝壳在断路宽度的变化更敏感。

比较的结果本节与前一节中,它可以推断,当抠图高度是固定的,抠图宽度增加45毫米,屈曲载荷下降的数量大于相应的价值在抠图宽度是固定的和抠图高度增加45毫米。因此,建议在这些面板的设计,只要有可能,面向更大的断路维度是沿着纵轴的面板。

5.4。分析维度的影响变化固定区图样的屈曲行为

叠层复合材料板的屈曲行为与不同断路研究几何图形在前面的部分。在本节中,高度和宽度都发生了变化,所以,抠图宽度和抠图的产品高度,断路的代表区域,保持不变。

因此,图样面积毫米²创建数字中高的面板。七种不同的a / b值比率被认为是。图8显示了屈曲载荷与率曲线。图8清楚地显示了比例的范围断路面积不变时,增加屈曲荷载和比例增加与增加比率降低了屈曲载荷。另一方面,拥有结果在最高的负载能力。

5.5。改变面板的影响角度分析圆柱壳的屈曲行为

在本节中,我们研究了屈曲载荷之间的关系和角度的层压板。在这项研究中,我们创建了一个常数大小的椭圆断路(75×30毫米)的数字中高面板之间的各种角度45°、180°。图9显示了屈曲载荷与比率。很明显,与面板的角度的增加,板的屈曲荷载的增加。结果表明,增加面板的角度提高了壳抵抗屈曲临界荷载,增加的数量。此外,短,中等长度,长板半径为200毫米,313年屈曲负载的增加,300年,和284%,分别。板的屈曲载荷与500毫米半径增加328,322年为300%,短,中等长度,分别和长板。因此,纤细和长圆柱板板角度的变化不太敏感。

5.6。分析断路位置变化的影响在屈曲载荷

屈曲荷载与断路位置()各种长度的比值曲线圆柱多层板图所示10。这图清晰地显示断路位置变化的数字中高板边缘,屈曲载荷略有增加。很明显,长,纤细的面板更敏感器的位置的变化。例如,对于面板和,当断路器取代的miheight板87.5%的长度,弯曲负荷增加13.5%;而对于板与和屈曲荷载的增加,仅为9.7%,和面板和屈曲荷载的增加,仅限于只有4.3%。同样,为面板,更换排气阀的位置从数字中高面板高度的87.5%,屈曲载荷变化17.7%,16.1%,比率为10.6%、1.25和0.75,分别。

6。预测屈曲载荷

复合材料正交异性层合板的屈曲行为提出了圆柱面板受到轴向压缩载荷在前面的部分。基于数值无因次板的屈曲载荷,公式提出了叠层复合材料板的屈曲荷载的计算与椭圆图样受轴向压缩。

介绍了作为柱的屈曲荷载换算系数和断路和定义面板吗 在哪里和是圆柱板的屈曲载荷与图样和圆板的屈曲荷载没有图样,分别。

使用最小二乘回归方法给出的公式(22,23]。八方程((3)-(10))开发各种壳几何图形,如下形式:

在(2),,,,和,在这,,,,表示器的高度,断路宽度,外壳直径,壳长度,分别和断路位置。由此产生的方程的具体形式总结表3。

方程(3)代表圆柱板的屈曲荷载换算系数与不同长度(),用一个椭圆抠图固定抠图的宽度()和各种断路山庄()数字中高壳的位置。

方程(4)圆柱板的屈曲荷载换算系数与不同长度(),用一个椭圆抠图固定抠图的宽度()和各种断路山庄()数字中高壳的位置。

方程(5)代表圆柱板的屈曲荷载换算系数与不同长度(),用一个椭圆抠图固定抠图高度()和各种断路宽度()数字中高壳的位置。

方程(6)代表圆柱板的屈曲荷载换算系数与不同长度(),用一个椭圆抠图固定抠图高度()和各种断路宽度()数字中高壳的位置。

方程(7)和(8)代表圆柱板的屈曲荷载换算系数与不同长度()和(),固定大小的椭圆断路15×75毫米在不同位置(),分别。

方程(9)代表圆柱板的屈曲荷载换算系数与不同长度(),用一个椭圆断路的固定区域毫米²和各种尺寸()数字中高壳的位置。

方程(10)代表圆柱板的屈曲荷载换算系数与不同长度(),用一个椭圆断路的固定区域毫米²和各种尺寸()数字中高壳的位置。

7所示。结束语

本研究调查不同大小的椭圆图样的影响在不同的位置在复合材料正交异性层合板的屈曲载荷圆柱面板受到轴向载荷。下面的这一研究发现的结果。(1)与复合层压复合面板厚度的角度导致最大屈曲载荷下厚度序列的研究,而厚度的角度(面向复合纤维的纵向方向)展品最低负载能力。(2)当抠图是固定和抠图的宽度高度的增加,弯曲负荷略有减少。增加器宽度而断路的高度是固定的大大减少了屈曲载荷。因此,建议在设计面板、面向更大的断路维度是沿着纵轴的面板。(3)为比例的范围当断路器面积不断增加比率增加屈曲载荷,与增加比减少屈曲载荷。另一方面,拥有结果在最高的负载能力。(4)增加面板的角度提高了壳抵抗屈曲临界荷载的数量增加和纤细,长圆柱形面板面板的变化不太敏感的角度。(5)断路器的位置移动的数字中高叠层复合面板顶端增加屈曲载荷;纤细和长板断路位置的变化更敏感。(6)最后,计算公式得到的圆板的屈曲载荷与椭圆图样基于完美圆柱壳的屈曲载荷。这些表达式适用于广泛的圆柱形面板与椭圆图样。

附录

表4和5显示变化的影响在抠图高度和抠图屈曲荷载宽度。

引用

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