詳解力學大會2015集ms0126

中國力學大會-江航1，*，陳飆松1，張盛1，李云鵬1（大連理工大學工程力學系，遼寧大連為了對工程中的復合材料蜂窩夾層板結構進行有限元分析與校核，本文基于集成平臺的開放式結構有限元分析系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)，采用復合材料層合板殼的經典模型開發(fā)了兩種層合板殼單實現(xiàn)的復合材料層合板殼單元框架具有很好的靈活性和通用性，能夠處理復雜邊界條件與荷載，適用于各種鋪層方式的復合材料板殼結構分析；而校核分析過程針對不同失效模式提供多種校核理論，以應對復雜荷載工況，并可以通過腳本語言方便快捷地新增校核理論。數值算例驗證了所研發(fā)的復合材料結構分析與校核系統(tǒng)是方便、高效和可靠的，并可進一步擴展到其他類型復合材料結構分析和校核問題。關鍵詞SiPESC，復合材料，蜂窩夾層—————————基金項目：國家自然科學基金(11232003,91315302);國家基礎性發(fā)展規(guī)劃項目作者簡介：江航*,男,碩士生(E-mail:jhello@);陳飆松,男,博士,教授(E-mail:::引復合材料是由兩種或多種不同性質的材料用物理或化學方法在宏觀尺度上組成的強剛質量輕勞、減震、耐高溫、可設計系列優(yōu)50年來，在很多領域都得到了廣泛的應1。先進復合材料及其相關技術經過多年的研究和應用的發(fā)僅其技術日趨復合材料在軍/民用飛行器上的用量也大幅提高2復合材料的分層性和各向異性給分析工作帶來了很大困難。各向同性的單層材料僅在幾種對于復合材料層合板殼來說這些“特殊情況”就更少了。所以使用有限單元法求解復合材料板殼問題3]。在層合板的眾多理論中，等效單層板理論中的經典模型由于列式簡單計算效率高被廣泛采用4復合材料蜂窩夾心結構由于其較大的比剛度和比強度，在航空領域有廣泛運用5。但由于蜂窩夾層板獨特的結構，其失效模式也較一般的均質材料特殊，所以工程SiPESC(SoftwareIntegrationPlatformforEngineeringandScientific是近年來大連理工大學工程力學系自主研發(fā)的面向工程與科學計算的集成化軟件平臺本文基于M構建了一種復合材料層該框架具有靈活性，適用于各種結構分析理論；在此基礎上結合復合材料層合板殼的經典模型開發(fā)了兩種結分析單該單元具有通用性，能夠處理復雜邊界條件與荷載，適用各種鋪層進一步基于后處理模塊構建了可視實現(xiàn)了復合材料蜂窩夾層板該校核框架具有很好的移植性，可以方便的移植于其他材料的構件校核任務。除此之外它還有很強的擴展性，可根據用戶實際需要，通過Python腳本對校核公式進 0ε1

γ 6612γ Qε=σ 26y y Qγ 66xy xy)到單元局部坐標系下的本構關系，這個坐標轉換會在后文（1.3程序實現(xiàn)）描述。ε χx x x γ χxy xy xy ε0= ε0= 0+0

?x?y Qε0 χ σ

x x x ε0+zχ=σ Qγ0 66kxy xy xyk代表是某一層的本構陣Nx

dz=N= y

zN k k-1 xy M σ

Mx zxk yk k

xy xy xNx x 0 y0Nxy A B· γM=3 33

xy x My χ

xy Q A n Q(z- Q 26= 26 A k=1 Q 66 66 = B

n

-z2) B k=1 26=2 B k=1

66 66 n D Qn

16 D=DD=QQQ D26D=DD=QQQ

k-1 66A=

= Q 66 ()(z- ij k=1

=(Q)(z n

ij DD=1k(Q)(z3-z3)

3 3k

ij k-1)0x ]W=ε0

m m3

xy Bmi=Bmi

W= z zmi1,2,3代表結點號。

yχxy Bbi=Bbi

T

b

W={w θ}, x y

ε0xε0 B]a2

xy 36·18a

3 χy Bmi

Bi=

0 00BBB BBB

T 0Ta= θ} 為了形成層合板的本構陣計算構成層合板的每一層單層板的本構陣單層板在材料主坐標系下的本構關系如(1)為了得到單層板在單元局部坐標系下的本構關系（如(2)須要在材料主坐標總體坐標系和單元局部坐標料參考坐標系和材料局部坐標聯(lián)系這5個坐標系的是4次坐標變換。材料參考坐標系是在有限元模型文件（如Nastra處理文件）的一套坐標系。它由總體坐標系下的三個點坐標確定，確定方式為z軸，第三z軸x-z平面，第三個點在這x則y軸x軸；如果未特別提供材料參考坐標則以總體坐標系作為材料參考坐標系。材料局部坐標系是用來作為層合板鋪層角度基準0)的一套坐標系。它的確定方式為：以單元法方向作z軸料參考坐標x軸與材料局部坐標z軸的叉積作y軸，根據右手定則x軸這樣單層板的本構陣依次經過材料主坐標系、材料局部坐標系、材料參考坐標系和總體坐標系可轉換到單元局部坐標單