板結構計算模型的新發展
關鍵詞：復合材料層合板 比例邊界有限元方法 正交各向異性 橫向剪切變形
摘要：現代復合材料層合板具有高強和輕型的突出優點,從而在軍工和民用等諸多領域發揮著重要作用。這種板結構的特點是隨著纖維走向的不同,層間材料的物理-力學特性發生劇烈變化。沿板厚方向變形的梯度比較陡峭,并在層間結合面處發生強不連續,呈現zig-zag(鋸齒狀)現象。這導致橫向剪應變在板的靜態和動態響應中發生重要作用,不計橫向變形的經典組合板計算模型CLPT難以適應現代多層板計算分析的需要。考慮橫向剪切變形影響的板的計算模型得到重視和發展。需要指出,現有各種考慮剪切變形影響的計算模型雖然有了很大的發展,但在全面和準確性上仍然存在一定的不足,難以適應現代多層組合板橫向力和物理性能多變的情況。模型預測的沿板厚方向位移和應力的變化規律難以通過嚴格的檢驗。本文提出的以比例邊界有限元為基礎的正交各向異性板的數值計算模型,同時可適用于各種薄板與厚板的分析,對現代復合材料層合板的分析具有特殊的優越性。所得到的板的位移、正應力和剪應力沿板厚方向的變化,與三維彈性理論的標準解高度吻合。數值算例進一步表明,隨著層間纖維走向的變化,板內位移場和應力場沿板厚方向劇烈變化所呈現的鋸齒現象均可以精準地進行模擬。據此,本文建議方法對現代板分析的廣泛適應性和高度準確性得到了充分論證。
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