封闭截面复合材料夹芯薄壁杆件的数值方法研究

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复合材料因其具有高比强度、高比模量和质量轻的特点,被广泛应用于航空航天、化工以及土木工程等领域中。薄壁杆件是其应用时的重要结构形式,在工程中的应用日益广泛,它更是未来复合材料桥梁构件的主要形式之一。本文对复合材料薄壁杆件结构提出了一个复合材料薄壁杆件理论的分析通用方法,并在其基础上,建立了一种复合材料夹芯薄壁杆件结构的数值计算方法,即利用电子计算机辅助设计软件Matlab进行程序设计来实现理论方程的数值求解。本文首先对文献提出的复合材料薄壁杆件(复合材料薄壁箱梁)计算理论进行了归纳整理。用柱壳无矩理论来分析,列出相应的广义本构方程。由最小势能原理导出问题的平衡控制方程和边界条件,接着探讨问题的求解。进一步根据复合材料薄壁杆件理论,对于复合材料夹芯箱梁建立一种组合模型,给出两表层和夹芯层的变形描述,引入各自的本构关系,求出总势能泛函,由最小势能原理导出复合材料夹芯薄壁杆件的平衡控制方程和边界条件。并且根据工程需要具体地计算出了复合材料夹芯薄壁箱梁等效本构方程的刚度矩阵,全面地探讨了方程的解耦和求解,对具体问题的理论结果给出了求解全过程。然后根据上述薄壁杆件理论、复合材料薄壁杆件理论和复合材料夹芯薄壁杆件理论,进行平衡控制方程数值方法的研究,主要通过高性能数值计算和可视化软件Matlab程序设计来实现方程的解法,实现复合材料夹芯箱梁的拉伸与压缩、弯曲的数值解,应用于实际工程。最后,利用自编的Matlab程序对矩形复合材料夹芯薄壁箱梁的各层间应力进行分析,分别包括轴拉、弯曲的分析计算。然后通过分析结果对自编分析程序进行调试、修正。
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