[发明专利]一种基于有限元分析的机身加筋壁板后屈曲分析方法

摘要

一种基于有限元分析的机身加筋壁板后屈曲分析方法，该方法基于有限元分析软件，确定复合材料加筋壁板结构精细化有限元建模技术，实现结构离散化仿真后屈曲分析。方法中引入合适的失效准则，模拟结构受载过程中材料内部的渐进失效过程；在结构叠层位置施加接触约束，真实模拟结构间的支持作用，并考虑几何、材料非线性因素，有效追踪其前后屈曲平衡路径，准确预报其极限承载能力；针对结构承载过程中可能发生的各种失效模式，在满足设计载荷的情况下，通过工艺符合性、重量符合性等迭代参数对结构进行尺寸调整，不仅完成复合材料加筋壁板结构轻量化设计，而且实现复合材料设计工艺一体化。

主权项

一种基于有限元分析的复合材料机身加筋壁板结构后屈曲分析方法，其步骤为：1)确定复材加筋壁板建模和检查准则：1.1)复合材料加筋壁板结构包括：蒙皮、长桁、框和角片；依据结构的细节特征，采用二维壳单元模拟结构的全部细节，建立细节有限元模型；1.2)建模仿真，定义长桁轴向为X轴，蒙皮在XOY平面中，Z轴指向蒙皮面外方向；1.3)采用共单元建模方式模拟蒙皮与长桁缘条胶结共固化成型工艺，结构所有连接紧固件采用弹簧刚度单元模拟；1.4)检查模型中单元法向、自由边、重复单元、材料方向、检查单元质量；2)处理细节有限元模型载荷和边界条件：2.1)在加筋壁板结构件有限元模型两端截面和框截面，分别建立多点约束连接，施加相应约束；2.2)在加载端一侧，施加位移载荷，模拟结构承受纯压受力状态；3)结构受载过程中材料的渐进损伤失效过程模拟：3.1)引进材料失效准则：$\begin{array}{c}{C}_x{({\mathrm{\σ}}_x-{\mathrm{\σ}}_y)}^2+C_y{({\mathrm{\σ}}_y-{\mathrm{\σ}}_z)}^2+C_z{({\mathrm{\σ}}_z-{\mathrm{\σ}}_x)}^2+(\frac{1}{X_t}-\frac{1}{X_c}){\mathrm{\σ}}_x\\ +(\frac{1}{Y_t}-\frac{1}{Y_c}){\mathrm{\σ}}_y+(\frac{1}{Z_t}-\frac{1}{Z_c}){\mathrm{\σ}}_z+\frac{{\mathrm{\τ}}_{xy}^2}{S_{xy}^2}+\frac{{\mathrm{\τ}}_{yz}^2}{S_{yz}^2}+\frac{{\mathrm{\τ}}_{zx}^2}{S_{zx}^2}\>1\end{array}$$C_x=\frac{1}{2}(\frac{1}{X_t{X}_c}+\frac{1}{Y_t{Y}_c}-\frac{1}{Z_t{Z}_c});$$C_y=\frac{1}{2}(\frac{1}{Y_t{Y}_c}+\frac{1}{Z_t{Z}_c}-\frac{1}{X_t{X}_c});$$C_z=\frac{1}{2}(\frac{1}{Z_t{Z}_c}+\frac{1}{X_t{X}_c}-\frac{1}{Y_t{Y}_c});$

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