詳解力學(xué)大會(huì)2015集ms0126

中國(guó)力學(xué)大會(huì)-江航1，*，陳飆松1，張盛1，李云鵬1（大連理工大學(xué)工程力學(xué)系，遼寧大連為了對(duì)工程中的復(fù)合材料蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析與校核，本文基于集成平臺(tái)的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)，采用復(fù)合材料層合板殼的經(jīng)典模型開(kāi)發(fā)了兩種層合板殼單實(shí)現(xiàn)的復(fù)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(fù)雜邊界條件與荷載，適用于各種鋪層方式的復(fù)合材料板殼結(jié)構(gòu)分析；而校核分析過(guò)程針對(duì)不同失效模式提供多種校核理論，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜荷載工況，并可以通過(guò)腳本語(yǔ)言方便快捷地新增校核理論。數(shù)值算例驗(yàn)證了所研發(fā)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與校核系統(tǒng)是方便、高效和可靠的，并可進(jìn)一步擴(kuò)展到其他類型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析和校核問(wèn)題。關(guān)鍵詞SiPESC，復(fù)合材料，蜂窩夾層—————————基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(11232003,91315302);國(guó)家基礎(chǔ)性發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介：江航*,男,碩士生(E-mail:jhello@);陳飆松,男,博士,教授(E-mail:::引復(fù)合材料是由兩種或多種不同性質(zhì)的材料用物理或化學(xué)方法在宏觀尺度上組成的強(qiáng)剛質(zhì)量輕勞、減震、耐高溫、可設(shè)計(jì)系列優(yōu)50年來(lái)，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)1。先進(jìn)復(fù)合材料及其相關(guān)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的研究和應(yīng)用的發(fā)僅其技術(shù)日趨復(fù)合材料在軍/民用飛行器上的用量也大幅提高2復(fù)合材料的分層性和各向異性給分析工作帶來(lái)了很大困難。各向同性的單層材料僅在幾種對(duì)于復(fù)合材料層合板殼來(lái)說(shuō)這些“特殊情況”就更少了。所以使用有限單元法求解復(fù)合材料板殼問(wèn)題3]。在層合板的眾多理論中，等效單層板理論中的經(jīng)典模型由于列式簡(jiǎn)單計(jì)算效率高被廣泛采用4復(fù)合材料蜂窩夾心結(jié)構(gòu)由于其較大的比剛度和比強(qiáng)度，在航空領(lǐng)域有廣泛運(yùn)用5。但由于蜂窩夾層板獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其失效模式也較一般的均質(zhì)材料特殊，所以工程SiPESC(SoftwareIntegrationPlatformforEngineeringandScientific是近年來(lái)大連理工大學(xué)工程力學(xué)系自主研發(fā)的面向工程與科學(xué)計(jì)算的集成化軟件平臺(tái)本文基于M構(gòu)建了一種復(fù)合材料層該框架具有靈活性，適用于各種結(jié)構(gòu)分析理論；在此基礎(chǔ)上結(jié)合復(fù)合材料層合板殼的經(jīng)典模型開(kāi)發(fā)了兩種結(jié)分析單該單元具有通用性，能夠處理復(fù)雜邊界條件與荷載，適用各種鋪層進(jìn)一步基于后處理模塊構(gòu)建了可視實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(gòu)件校核任務(wù)。除此之外它還有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，可根據(jù)用戶實(shí)際需要，通過(guò)Python腳本對(duì)校核公式進(jìn) 0ε1

γ 6612γ Qε=σ 26y y Qγ 66xy xy)到單元局部坐標(biāo)系下的本構(gòu)關(guān)系，這個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換會(huì)在后文（1.3程序?qū)崿F(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(gòu)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(jié)點(diǎn)號(hào)。

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(gòu)陣計(jì)算構(gòu)成層合板的每一層單層板的本構(gòu)陣單層板在材料主坐標(biāo)系下的本構(gòu)關(guān)系如(1)為了得到單層板在單元局部坐標(biāo)系下的本構(gòu)關(guān)系（如(2)須要在材料主坐標(biāo)總體坐標(biāo)系和單元局部坐標(biāo)料參考坐標(biāo)系和材料局部坐標(biāo)聯(lián)系這5個(gè)坐標(biāo)系的是4次坐標(biāo)變換。材料參考坐標(biāo)系是在有限元模型文件（如Nastra處理文件）的一套坐標(biāo)系。它由總體坐標(biāo)系下的三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)確定，確定方式為z軸，第三z軸x-z平面，第三個(gè)點(diǎn)在這x則y軸x軸；如果未特別提供材料參考坐標(biāo)則以總體坐標(biāo)系作為材料參考坐標(biāo)系。材料局部坐標(biāo)系是用來(lái)作為層合板鋪層角度基準(zhǔn)0)的一套坐標(biāo)系。它的確定方式為：以單元法方向作z軸料參考坐標(biāo)x軸與材料局部坐標(biāo)z軸的叉積作y軸，根據(jù)右手定則x軸這樣單層板的本構(gòu)陣依次經(jīng)過(guò)材料主坐標(biāo)系、材料局部坐標(biāo)系、材料參考坐標(biāo)系和總體坐標(biāo)系可轉(zhuǎn)換到單元局部坐標(biāo)單