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基于有限元分析的多孔层合板研究

基于有限元分析的多孔层合板研究

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作者：吴晓金重庆大学

学位级别：硕士

本文分别对各向同性材料、单层复合材料和层合板材料进行了研究,找到了影响材料弯曲刚度的主要因素以及这些因素与层合板弯曲刚度的关系,得到穿孔层合板的最佳弯曲刚度设计。本文讨论了穿孔层合板的有限元建模方法,并对层合板的几种具... 详细信息

本文分别对各向同性材料、单层复合材料和层合板材料进行了研究,找到了影响材料弯曲刚度的主要因素以及这些因素与层合板弯曲刚度的关系,得到穿孔层合板的最佳弯曲刚度设计。本文讨论了穿孔层合板的有限元建模方法,并对层合板的几种具体结构进行了较为详尽的有限元分析计算,最后将所得计算结果与实验值比较,在此基础上对影响弯曲刚度的因素进行了改进设计,得到了层合板刚度改进设计的措施方案,其中包括穿孔位置和孔之间的距离、加强筋的位置和大小、材料的铺层方式等。通过这些改进措施,得到了较原设计的层合板具有更高弯曲刚度的改进设计方案。本文从各向同性板开始,运用弹性力学方法和数值计算方法分析穿孔位置、加强筋大小和位置对板弯曲刚度的影响,并得出结论:如果在弯矩大的位置穿孔,将使板的局部刚度减小,导致最大挠度增加,弯曲刚度下降;相反,如果在弯矩大的位置放置加强筋,将使板的局部刚度增加,减小最大挠度,从而提高弯曲刚度。同时实验结果也印证了数值分析结论的正确性。本文还着重分析了影响多孔板的弯曲刚度的两个重要因素——孔的位置和孔的结构形式:在约束和载荷方式相同的条件下,多孔板的弯曲刚度与穿孔点到板中心点的距离呈正相关的关系;另一方面,绕孔结构比钻孔结构的弯曲刚度有大幅度的提高。总结为一点:穿孔位置位于弯矩最小处并且孔有加强的结构形式时能获得最大的弯曲刚度。本文主要研究工程应用中复合材料设计的要点,并最终得到具有实用价值的结论:用有限元计算的结果来设计多孔板的弯曲刚度是完全可行的,使用有限元计算软件来预测所设计的多孔层合板的弯曲刚度,其结果也是可靠的。本文为复杂复合材料结构设计研究提供一种方法,从简单结构到复杂结构,用复合材料理论和数值分析方法来证明这些结构的优越性,最后得出结论:经过改进设计后的复合材料具有优良的力学性能,完全有能力替代各向同性材料。

关键词：复合材料孔洞绕孔有限元

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