复合载荷作用变刚度复合材料回转壳屈曲优化

作     者：孙士平 张冰 邓同强 胡政 SUN Shiping;ZHANG Bing;DENG Tongqiang;HU Zheng

作者机构：南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2019年第36卷第4期

页      面：1052-1061页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(11362017 51565042) 江西省教育厅科技项目(GJJ160707) 

主　　题：变刚度复合材料 复合材料回转壳 屈曲优化 组合载荷 有限元 

摘      要：通过曲线纤维轨迹设计,变刚度复合材料回转壳将拥有比常刚度(直线纤维)回转壳更好的抗屈曲稳定性,为此,研究了复合载荷作用下曲线纤维铺层形式和几何参数对变刚度复合材料回转壳屈曲性能的影响规律。首先根据回转壳横截面圆弧变化改进曲线纤维角度线性描述方法,建立了变刚度复合材料回转壳的参数化有限元模型;其次,结合序列二次响应面方法和回转壳屈曲优化模型,搭建了复合材料回转壳曲线纤维轨迹优化的设计流程;最后,以准各向同性铺层复合材料回转壳为比较基准,对弯扭载荷作用变刚度圆柱壳和轴压、弯矩和扭矩分别作用变刚度椭圆柱壳在不同铺层方式、不同几何参数下的屈曲性能进行了优化比较。结果表明:弯扭载荷作用下,变刚度圆柱壳的屈曲性能随弯矩载荷占比增加而提高,且均好于准各向同性圆柱壳,但扭矩载荷占优时,优化常刚度圆柱壳的屈曲性能更具有优势;不同载荷作用下,具有较小截面方向比的变刚度椭圆柱壳屈曲性能要明显好于对应的准各向同性椭圆柱壳,且横截面越接近圆形,曲线纤维对椭圆柱壳屈曲性能的改善越弱。