板錐網(wǎng)殼結構復合材料層合板的屈曲分析_王星

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1、6板錐網(wǎng)殼結構復合材料層合板的屈曲分析2009年8月板錐網(wǎng)殼結構復合材料層合板的屈曲分析112王星,王凡,蔡思遠(11寧波工程學院建筑工程學院,寧波315016;2.浙江工業(yè)大學建筑工程學院,杭州310014)摘要:板錐網(wǎng)殼結構是一種受力性能合理,技術經(jīng)濟效益良好的新型空間結構形式。本文結合復合材料力學理論和復合材料結構力學(板殼理論),采用組合結構有限元對復合材料層合板自身的局部穩(wěn)定性和主要影響因素進行全面和深入的研究,研究復合材料板錐網(wǎng)殼結構的受力性能,為復合材料板錐網(wǎng)殼結構設計和層合板鋪層設計提供理論上的依據(jù),得出了可應用于工程實踐的重要結論。關鍵詞:板錐網(wǎng)殼結構;復

2、合材料層合板;屈曲分析;板殼理論中圖分類號:TU356;TB332文獻標識碼:A文章編號:1003-0999(2009)04-0006-051引言此需要對復合材料板的受力特性及其它一系列問題板錐網(wǎng)殼結構是指用板片組成錐體單元,按網(wǎng)進行全面和深入的研究。殼結構的曲面形狀將錐體單元拼接成整體,各錐頂在復合材料板錐網(wǎng)殼結構中,錐體單元的板件再用桿件有規(guī)律地相互連接所形成的一種新型結構應力遠小于材料的設計強度極限值,由于復合材料形式[1],如圖1所示。板錐網(wǎng)殼結構受力性能合理,(玻璃鋼)的彈性模量較低,且層合板的厚度一般較可充分利用板材的強度和剛度,發(fā)揮材料的最大效薄,故局部屈曲是

3、主要設計控制因素。本文結合復用,同時集承重、圍護、裝飾為一體,輕質高強,具有合材料力學理論和復合材料結構力學(板殼理論),良好的技術經(jīng)濟效益,并且具有鮮明的建筑視覺效采用組合結構有限元對復合材料層合板自身的局部果,因此在國外得到了廣泛的應用。穩(wěn)定性和主要影響因素進行全面和深入的研究,研究復合材料板錐網(wǎng)殼結構的受力性能,以便為復合材料板錐網(wǎng)殼結構設計和層合板鋪層設計提供理論上的依據(jù)。2復合材料板錐網(wǎng)殼結構分析方法對于復合材料板錐網(wǎng)殼結構,本文采用只考慮上弦桿的錐頂節(jié)點為鉸接、底面節(jié)點為剛接的計算圖1板錐網(wǎng)殼結構示意圖模型。在ANSYS模型中,桿件單元取2節(jié)點6自由由于復合材料

4、板材“輕質、高強”,比強度比普度的空間桿單元Link8;對于三角形板單元,采用4通鋼材高很多,具有強度和彈性性能的可設計性,特節(jié)點有限應變殼單元Shell181,每節(jié)點6自由度。別適合應用于板錐網(wǎng)殼結構的予制錐體單元。文獻復合材料建模的難點是如何準確模擬層合板鋪層設[2]對玻璃鋼板材在板錐網(wǎng)殼結構中的應用進行了計,在ANASY軟件中,材料坐標系是確定材料屬性初步的研究,只是對板錐網(wǎng)殼結構進行整體分析,并方向的坐標系,是由單元坐標唯一確定的,要確定材沒有對組成錐體單元的復合材料板件自身的一系列料坐標,只要確定單元坐標就行了,復合材料Shell力學問題進行研究,材料設計和結構設

5、計沒有同時單元默認的單元坐標是以i2j邊為基礎的坐標系。進行。但是復合材料具有各向異性、不均勻性、低層在進行復合材料結構建模的時候,有些時候結構幾間剪切模量和低層間剪切抗拉強度、幾何非線性和何比較復雜,很難用統(tǒng)一的坐標來確定單元坐標系,物理非線性等一系列的力學特點,它的力學問題比板錐網(wǎng)殼結構的層合板都是三角形,直接劃分單元,均勻、連續(xù)、線彈性和各向同性的材料復雜的多,因很難統(tǒng)一單元坐標系,故板單元采用4節(jié)點的收稿日期:2009204211基金項目:浙江省自然科學基金(Y107595);浙江省科技計劃項目(2007R10025)作者簡介:王星(19702),男,博士,教授,主

6、要從事空間結構與鋼結構方面的研究。FRP/CM20091No142009年第4期玻璃鋼/復合材料7[4]Shell181,并利用直接創(chuàng)建節(jié)點和單元的建模方式,穩(wěn)定問題的幾何剛度矩陣,可參見有關文獻。設來控制單元坐標系,這為能夠準確模擬復合材料層最小正特征值為λ1,則λ1Nx、λ1Ny、λ1Nxy便是臨界合板鋪層設計奠定了基礎。平面內力。3復合材料層合板的局部屈曲分析設有一正放四角錐板錐柱面網(wǎng)殼,見圖2,該結復合材料層合板可整體視為正交異性層合板構跨度S=30m,長度L=45m,矢高F=10m,厚度h(如正交對稱層合板),其屈曲微分方程為[3]:=1.5m,網(wǎng)格劃分為10×1

7、5,上弦桿采用Φ108×54ω54ω54ω510的圓鋼管,錐體三角形板件采用8mm厚四層均D?114+2(D?12+2D?33)22+D?224=-Nx5x5x5y5y厚正交對稱鋪設GFRP層合板。各鋪層均為玻璃/25ω環(huán)氧樹脂,層合板鋪設計方式為[0/90]S,板的材料(1)25x性能參數(shù)見表1。結構承受沿曲面分布的豎向均布式中,D?11、D?12、D?33、D?22分別為層合板的抗彎剛荷載,同時考慮結構自重,結構邊緣下弦節(jié)點三個方度系數(shù);Nx為板x方向的面內壓力;Ny一般較小,其向線位移約束。對x方向屈曲的影響