吉林大学学报(工学版) ›› 2015, Vol. 45 ›› Issue (1): 187-192.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201501028

• 论文 • 上一篇    下一篇

含口盖复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

闫光1,韩小进2,闫楚良2,祝连庆1   

  1. 1.北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100192;
    2.北京飞机强度研究所,北京 100083
  • 收稿日期:2014-01-23 出版日期:2015-02-01 发布日期:2015-02-01
  • 作者简介:闫光(1979),男,博士.研究方向:复合材料结构可靠性.E-mail:jxh_8266@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(50135010);北京信息科技大学基金项目(5231435504).

Buckling analysis of composite cylindrical shell with cover under axial compressive load

YAN Guang1, HAN Xiao-jin2, YAN Chu-liang2,ZHU Lian-qing1   

  1. 1.School of Instrumentation and Opto-Electronics Engineering,Beijing Information Science Technology University, Beijing 100192,China;
    2.Beijing Aircraft Strength Institute, Beijing 100083,China
  • Received:2014-01-23 Online:2015-02-01 Published:2015-02-01

摘要: 对完整复合材料圆柱壳进行了轴向压缩破坏试验,得到了圆柱壳的载荷-应变曲线和破坏载荷,试验结果表明:在轴压载荷作用下,圆柱壳的破坏形式为屈曲破坏。结合ANSYS有限元软件对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,有限元计算结果与试验结果一致,验证了模型和计算方法的有效性。利用所建立的模型,对圆柱壳的铺层顺序进行改进设计,分析了铺层角度对开口圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖进行补强,计算了不同口盖铺层方式下的柱壳屈曲强度。计算结果表明:优化复合材料叠层顺序可提升结构的屈曲载荷,开口后圆柱壳的轴向屈曲载荷大幅降低,加装口盖可使开口圆柱壳的轴向稳定性得到有效的增强。提出了一种提高含口盖的复合材料圆柱壳轴向屈曲强度的改进设计方法,为复合材料壳体的稳定性设计提供参考。

关键词: 复合材料, 圆柱壳, 口盖, 屈曲分析

Abstract: Axial compressive failure test of composite cylindrical shell was carried out. The failure load and the load-strain curves were collected. The results show that the damage form of the cylindrical shell under axial compressive load is buckling failure. Software ANSYS was used to simulate the buckling process of cylindrical shell. The simulation results agree with the test results, which verify the finite model and the computation method. Based on the model, modified design of ply stacking-sequence for the cylindrical shell was carried out, and the influence of fiber ply angle on buckling load of the shell with opening was analyzed. A composite cover was installed to reinforce the composite cylindrical shell, and the buckling load of the cylindrical shell with cover under different ply methods was calculated. Results show that optimization of ply stacking-sequence can enhance the buckling load of the shell. The buckling load of the cylindrical shell with opening decreased significantly; while installation of the cover can reinforce the cylindrical shell effectively. A method to improve the axial buckling strength of composite cylindrical shell with cover was proposed, which can provide a reference to stability design of composite shells.

Key words: composite materials, cylindrical shell, cover, buckling analysis

中图分类号: 

  • TB330.1
[1] Yan C L,Liu K G.Theory of economic life rediction and reliability assessment of aircraft structures[J]. Chinese Journal of Aeronautics ,2011,24:164-170.
[2] Yan C L, Liu K G.Theory of active reliability-based design for predetermined life of structures [J]. Advanced Materials Research ,2008,44:745-750.
[3] 韩小进,孙慧玉,闫光,等. 三维五向编织复合材料渐进损伤分析的数值方法[J].复合材料学报,2012,29(6):219-224.
Han Xiao-jin,Sun Hui-yu,Yan Guang, et al. Numerical method for progressive damage analysis of 3D five-directional braided composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2012,29(6):219-224.
[4] 陈汝训.复合材料壳体的轴压稳定性[J].固体火箭技术,2001,24(1):13-15.
Chen Ru-xun. Axial compression stability of the composite case[J]. Journal of Solid Rocket Technology,2001,24(1):13-15.
[5] Vaziri A. On the buckling of cracked composite cylindrical shells under axial compression[J]. Composite Structures, 2007, 80: 152-158.
[6] 修英姝,崔德刚. 复合材料层合板稳定性的铺层优化设计[J].工程力学,2005,22(6):212-216.
Xiu Ying-shu, Cui De-gang. Ply optimization design for stability of composite laminates[J].Engineering Mechanics, 2005,22(6):212-216.
[7] 李钟海, 程小全, 汪源龙,等. 复合材料柱面壳压缩性能分析[J]. 复合材料学报, 2011, 28(1): 206-210.
Li Zhong-hai, Cheng Xiao-quan, Wang Yuan-long, et al. Compressive properties analysis of composite cylindrical shells[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2011,28(1):206-210.
[8] 闫光, 韩小进, 阎楚良, 等. 复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析[J/OL].复合材料学报, http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1801. TB.20131104.1521.009.html
Yan Guang, Han Xiao-jin, Yan Chu-liang, et al. Buckling analysis of composite cylindrical shell under axial compressive load[J/OL]. Acta Materiae Compositae Sinica, http://www.cnki.net/kcms/ detail/11.1801. TB.20131104.1521.009.html
[9] 阎崇年,范舟,程小全,等.含开口复合材料柱面壳压缩性能[J].北京航空航天大学学报,2012,38(7):920-924.
Yan Chong-nian, Fan Zhou, Cheng Xiao-quan, et al. Compressive behaviour of composite cylindrical shell with an open hole[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2012,38(7):920-924.
[10] 李钟海,程小全,张纪奎. 开口复合材料柱壳屈曲与补救有限元分析[J]. 应用力学学报, 2011, 28(2): 172-176.
Li Zhong-hai, Cheng Xiao-quan, Zhang Ji-kui. Finite element analysis of buckling and salvage of a composite cylindrical shell with an open hole[J]. Chinese Journal Applied Mechanics, 2011, 28(2): 172-176.
[11] 俸翔,马元春,卢子兴.复合材料夹层板屈曲强度的分散性分析[J].复合材料学报,2011,28(1):132-137.
Feng Xiang, Ma Yuan-chun, Lu Zi-xing. Variation analysis for buckling strength of composite sandwich plates[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2011,28(1):132-137.
[12] 陈烈民,杨宝宁.复合材料的力学性能分析[M].北京,中国科学技术出版社,2006.
[13] 中国航空研究院. 复合材料结构稳定性分析指南[M].北京:航空工业出版社,2002.
[1] 胡志清, 郑会会, 徐亚男, 张春玲, 党停停. 表面微沟槽对Al/CFRP胶结性能的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 229-235.
[2] 刘耀辉, 陈乔旭, 宋雨来, 沈艳东. 火山灰-SBS、胶粉-SBS和SBS改性沥青压缩变形行为及机理[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1861-1867.
[3] 李静, 王哲. 真三轴加载条件下混凝土的力学特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(3): 771-777.
[4] 杨悦, 李雪, 徐晓丹. Ti-B-C-N粉末烧结的微观组织及其性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 552-556.
[5] 陈江义, 刘保元. 纤维断裂损伤对复合材料板中导波频散特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(1): 180-184.
[6] 关庆丰, 黄尉, 李怀福, 龚晓花, 张从林, 吕鹏. 强流脉冲电子束诱发的Cu-C扩散合金化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(6): 1967-1973.
[7] 刘晓波, 周德坤, 赵宇光. 不同等温热处理条件下半固态挤压Mg2Si/Al复合材料的组织和性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1577-1582.
[8] 彭爱东, 刘贺男. 基于水包油微乳液法的方形苝纳米颗粒的合成与荧光性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1583-1586.
[9] 刘利萍, 刘勇兵, 姬连峰, 曹占义, 杨晓红. 原位颗粒增强钛基复合材料高温流变行为[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(4): 1197-1201.
[10] 赵刚, 孙壮志, 郭华君, 隋志阳, 李芳, 赵华兴. 基于离子聚合物金属基复合材料线性驱动单元的性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(1): 221-227.
[11] 闫光, 范舟, 李钟海, 程小全, 刘克格, 左春柽. 复合材料加口盖柱壳的设计与分析[J]. , 2012, (06): 1437-1441.
[12] 刘家安, 于思荣, 朱先勇. Zn-22Al泡沫夹芯复合板的三点弯曲性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2012, 42(02): 344-348.
[13] 刘曙光, 闫敏, 闫长旺, 郭荣跃. 聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料的抗盐冻性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2012, 42(01): 63-67.
[14] 马丽, 周凌, 何慧, 罗远芳, 贾德民. 竹粉高温蒸煮对竹粉/ABS木塑复合材料性能的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(增刊2): 205-209.
[15] 刘晓波1,2,赵宇光1,杨雯1,张家陶1. (Mg2Si+SiCp)/Mg复合材料的耐磨性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(6): 1618-1624.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 刘松山, 王庆年, 王伟华, 林鑫. 惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 557 -563 .
[2] 初亮, 王彦波, 祁富伟, 张永生. 用于制动压力精确控制的进液阀控制方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 564 -570 .
[3] 李静, 王子涵, 余春贤, 韩佐悦, 孙博华. 硬件在环试验台整车状态跟随控制系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 577 -583 .
[4] 胡兴军, 李腾飞, 王靖宇, 杨博, 郭鹏, 廖磊. 尾板对重型载货汽车尾部流场的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 595 -601 .
[5] 王同建, 陈晋市, 赵锋, 赵庆波, 刘昕晖, 袁华山. 全液压转向系统机液联合仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 607 -612 .
[6] 张春勤, 姜桂艳, 吴正言. 机动车出行者出发时间选择的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 626 -632 .
[7] 马万经, 谢涵洲. 双停车线进口道主、预信号配时协调控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 633 -639 .
[8] 于德新, 仝倩, 杨兆升, 高鹏. 重大灾害条件下应急交通疏散时间预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 654 -658 .
[9] 肖赟, 雷俊卿, 张坤, 李忠三. 多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 665 -670 .
[10] 肖锐, 邓宗才, 兰明章, 申臣良. 不掺硅粉的活性粉末混凝土配合比试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 671 -676 .