应力波导致的复合材料板振动屈曲

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复合材料板因其优异的力学性能和可设计性而被广泛应用于各类工程和民用领域中,其屈曲问题的研究一直都受到广大学者关注。目前关于复合材料板静力屈曲问题的研究已较为充分,但动力屈曲的研究仍充满挑战。本文研究了阶跃荷载作用于复合材料板的屈曲行为,研究内容主要包括:(1)基于Kirchhoff薄板理论,考虑应力波效应,分析受阶跃荷载作用的复合材料薄板的振动屈曲问题。首先,利用Hamilton原理建立考虑应力波效应的复合材料薄板的振动屈曲控制方程,将满足边界条件的振型函数和初始几何缺陷函数代入到复合材料薄板的振动屈曲控制方程中,根据屈曲发生的条件,推导出不同边界条件下复合材料薄板受阶跃荷载的临界屈曲荷载表达式,并讨论了不同边界条件、铺层角度、铺设厚度、铺层层数、模态阶数取值、临界长度、振型函数初相位和初始几何缺陷对受阶跃荷载的复合材料薄板临界屈曲荷载的影响。经算例分析可知:复合材料薄板的屈曲临界载荷随临界长度增大、铺设厚度减小、初始几何缺陷系数增大、振型函数初相位减小而减小。此外,复合材料板的各层铺层角度与荷载作用方向夹角越小,其屈曲临界载荷越大,当板的对称铺设层数达七层时,其临界荷载趋于稳定。(2)基于Reddy高阶剪切理论,考虑应力波效应,分析受阶跃荷载作用的复合材料中厚板的振动屈曲问题。利用Hamilton原理建立考虑应力波效应的复合材料中厚板的振动屈曲控制方程,将满足边界条件的振型函数和初始几何缺陷函数代入到复合材料中厚板的振动屈曲控制方程中,得到含复合材料中厚板发生振动屈曲临界荷载的齐次线性微分方程组。根据屈曲发生的条件,通过求解方程组可以得到复合材料中厚板临界长度和临界屈曲荷载的关系。经算例分析讨论了复合材料中厚板振动屈曲临界荷载与临界长度的关系,并与经典薄板理论得到的结果相比较。结果表明:Reddy高阶剪切理论条件下复合材料中厚板的临界屈曲荷载和临界长度关系与薄板理论得到的结果趋势相似,但Reddy高阶剪切理论条件下板的屈曲临界荷载更小,而且应力波能更早传播到非敏感区而趋于稳定,且边界条件对复合材料中厚板的影响规律与复合材料薄板相似。
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