留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析

李萍 金福松 简方 夏飞 薛江红 熊颖

李萍, 金福松, 简方, 夏飞, 薛江红, 熊颖. 含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
引用本文: 李萍, 金福松, 简方, 夏飞, 薛江红, 熊颖. 含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
LI Ping, JIN Fu-song, JIAN Fang, XIA Fei, XUE Jiang-hong, XIONG Ying. NONLINEAR POST-BUCKLING ANALYSIS OF UNIDIRECTIONAL LAMINATED BEAMS WITH DELAMINATION[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
Citation: LI Ping, JIN Fu-song, JIAN Fang, XIA Fei, XUE Jiang-hong, XIONG Ying. NONLINEAR POST-BUCKLING ANALYSIS OF UNIDIRECTIONAL LAMINATED BEAMS WITH DELAMINATION[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237

含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
基金项目: 广东省自然科学基金面上项目(2017A030313013)
详细信息
    作者简介:

    李萍(1994-),女,湖北人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:1311235440@qq.com);金福松(1995-),男,湖北人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:641217760@qq.com);简方(1997-),男,重庆人,本科生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:819917473@qq.com);夏飞(1994-),男,河南人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:1581058682@qq.com);熊颖(1995-),女,湖北人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:610373474@qq.com).

    通讯作者: 薛江红(1965-),女,四川人,教授,博士,博导,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:txuej@jnu.edu.cn).
  • 中图分类号: TB332

NONLINEAR POST-BUCKLING ANALYSIS OF UNIDIRECTIONAL LAMINATED BEAMS WITH DELAMINATION

  • 摘要: 采用四分区模型,将含脱层单向铺设复合材料层合板梁分为4个子梁,根据复合材料层合理论,考虑后屈曲路径上位于脱层界面上、下子梁之间的局部受力与变形机制,建立了子梁之间接触力与变形之间的非线性定量关系。在此基础上,结合可伸长梁的几何非线性理论,推导出了计及接触效应的各子梁的非线性后屈曲控制方程。设定简支板梁的边界条件以及脱层前沿处各子梁之间力和位移的连续性条件,通过对控制方程和定解条件归一化,采用小参数摄动法求解,并根据梁的平衡微分方程的特点,解析其通解与特解的构造,获得了含脱层单向铺设层合梁受轴向压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。通过对含脱层单向铺设的复合材料层合梁进行数值分析,综合讨论了脱层长度和深度等对层合板梁的临界屈曲载荷及接触性能的影响,并将所得的理论解与ABAQUS有限元分析得到的结果进行对比,结果表明二者高度吻合。研究发现梁的屈曲模态包含宏观的整体失效模态和界面的微观屈曲模态。梁的屈曲荷载和接触性能都是其固有属性,前者受梁的几何参数和材料参数的影响较显著,而后者则主要受脱层的位置和大小影响。
  • [1] 白瑞祥, 王蔓, 陈浩然. 冲击后含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲[J]. 复合材料学报, 2006, 23(3):141-145. Bai Ruixiang, Wang Man, Chen Haoran. Postbuckling behavior of damaged advanced grid stiffened structure after impact[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2006, 23(3):141-145. (in Chinese)
    [2] 杨刚, 于丰, 张爱锋, 等. 层板分层后屈曲分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2003(3):3-7. Yang Gang, Yu Feng, Zhang Aifeng, et al. Postbuckling analysis of laminates with delamination[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composite, 2003(3):3-7. (in Chinese)
    [3] 成正爱, 姚卫星. 含分层损伤复合材料层合板后屈曲扩展分析[J]. 江苏航空, 2012(增刊1):9-12. Cheng Zhengai, Yao Weixing. Post-buckling growth analysis of composite laminates with delamination damage[J]. Jiangsu Aviation, 2012(Suppl 1):9-12. (in Chinese)
    [4] Bruno D, Greco F, Lonetti P. A coupled interfacemultilayer approach for mixed mode delamination and contact analysis in laminated composites[J]. International Journal of Solids & Structures, 2003, 40(26):7245-7268.
    [5] Ma X, Butterworth J W, Clifton C. Compressive buckling analysis of plates in unilateral contact[J]. International Journal of Solids & Structures, 2007, 44(9):2852-2862.
    [6] Chen H, Hong M, Liu Y. Dynamic behavior of delaminated plates considering progressive failure process[J]. Composite Structures, 2004, 66(1-4):459-466.
    [7] Schwarts-Givli H, Rabinovitch O, Frostig Y. High-order nonlinear contact effects in the dynamic behavior of delaminated sandwich panels with a flexible core[J]. International Journal of Solids & Structures, 2007, 44(1):77-99.
    [8] 刘述伦, 薛江红, 王璠, 等. 含脱层纤维增强复合材料层合板在湿热环境下的屈曲分析[J]. 工程力学, 2015, 32(3):1-8. Liu Shulun, Xue Jianghong, Wang Fan, et al. Buckling analysis of fiber-reinforced laminated composite plate with delamination under hygrothermal environments[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(3):1-8. (in Chinese)
    [9] Xue J H, Jin F S, Zhang J W, et al. Post-buckling induced delamination propagation of composite laminates with bi-nonlinear properties and anti-penetrating interaction effects[J]. Composites Part B:Engineering, 2019, 166:148-161.
    [10] Haina F E, Bakora A, Bousahla A A. A simple analytical approach for thermal buckling of thick functionally graded sandwich plates[J]. Structural Engineering and Mechanics, 2017, 63(5):585-595.
    [11] 刘人怀, 薛江红. 复合材料层合板壳非线性力学的研究进展[J]. 力学学报, 2017, 49(3):487-506. Liu Renhuai, XueJianghong. Development of nonlinear mechanics for laminated composite plates and shells[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2017, 49(3):487-506. (in Chinese)
    [12] 李清禄, 李世荣. 轴向随动分布载荷作用下FGMs Timoshenko梁的后屈曲特性[J]. 应用力学学报, 2015, 32(1):90-94. Li Qinglu, Li Shirong. Post-buckling behaviors of a hinged-fixed FGM Timoshenko beam under axially distributed follower forces[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2015, 32(1):90-94. (in Chinese)
    [13] 李世荣, 郭锐. 点间隙约束下弹性梁的湿热后屈曲问题[J]. 固体力学学报, 2011, 32(2):197-202. Li Shirong, GuoRui. Hygrothermal post-buckling of elastic beams under point space-constraint[J]. Chinese Journal of Solid Mechanics, 2011, 32(2):197-202. (in Chinese)
    [14] 孙先念, 王建立, 刘杨, 等. Z-pins增强层合梁后屈曲分层扩展数值模拟研究[J]. 固体力学学报, 2013, 33(增刊1):270-275. Sun Xiannian, Wang Jianli, Liu Yang, Ren Mingfa. Numerical analysis of delaminated beam throughthickness reinforced by z-pins[J]. Chinese Journal of Solid Mechanics, 2013, 33(Suppl1):270-275. (in Chinese)
    [15] 胡博海, 李亚智, 樊振兴, 等. 复合材料梁腹板在弯剪复合载荷作用下的屈曲和后屈曲研究[J]. 机械强度, 2014, 36(6):916-921. Hu Bohai, Li Yazhi, Fan Zhenxing, et al. Buckling and post-buckling of a composite web beam under shearing bending[J]. Journal of Mechanical Strength, 2014, 36(6):916-921. (in Chinese)
    [16] Chai H, Babcock C D, Knauss W G. One dimensional modeling of failure in laminated plates by delamination buckling[J]. International Journal of Solids and Structures, 1981, 17(11):1069-1083.
    [17] 傅衣铭, 李盈利. 湿热条件下具脱层压电层合梁的后屈曲及脱层扩展分析[J]. 固体力学学报, 2009, 30(3):309-317. Fu Yiming, Li Yingli. Analysis of postbuckling and delamination growth for delaminated piezoelectric laminated beams under hygrothermal conditions[J]. Chinese Journal of Solid Mechanics, 2009, 30(3):309-317. (in Chinese)
    [18] Sheinman I, Kardomateas G A, Pelegri A A. Delamination growth during pre-and post-buckling phases of delaminated composite laminates[J]. International Journal of Solids and Structure, 1998, 35(1/2):19-31.
    [19] Nisson K F, Asp L E, Alpman J E, et al. Delamination buckling and growth for delaminations at different depths in a slender composite panel[J]. International Journal of Solids and Structure, 2001, 38(4):3039-3071.
    [20] Nisson K F, Asp L E. On transition of delamination growth behavior for compression loaded composite panels[J]. International Journal of Solids and Structure, 2001, 38(46/47):8047-8440.
    [21] Shen H S. Hygrothermal effects on the postbuckling of axially loaded shear deformable laminated cylindrical panels[J]. Composite Structures, 2002, 56(1):73-85.
    [22] Shen H S. Hygrothermal effects on the nonlinear bending of shear deformable laminated plates[J]. Journal of Engineering Mechanics ASCE, 2002, 128(4):493-496.
    [23] Shen H S. The effects of hygrothermal conditions on the postbuckling of shear deformable laminated cylindrical shells[J]. International Journal of Solids and Structures, 2001, 38(36/37):6357-6380.
    [24] Shen H S. Hygrothermal effects on the postbuckling of shear deformable laminated plates[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2001, 43(5):1259-1281.
    [25] Hong C C. GDQ analysis of a beam-plate with delaminations[J]. Composite Structures, 2017, 182:237-241.
    [26] Akbaş Ş D. Post-buckling analysis of a fiber reinforced composite beam with crack[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2019, 212:70-80.
    [27] Akbaş Ş D. Geometrically nonlinear analysis of a laminated composite beam[J]. Structural Engineering and Mechanics, 2018, 66(1):27-36.
    [28] 毛丽娟, 马连生. 非均匀热载荷作用下功能梯度梁的非线性静态响应[J]. 工程力学, 2017, 34(6):12-19. Mao Lijuan, Ma Liansheng. Nonlinear static response of FGM beams under non-uniform thermal loading[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(6):12-19. (in Chinese)
    [29] 钮鹏, 李旭, 李世荣, 等. 弹性地基上复合材料夹层梁的热过屈曲[J]. 工程力学, 2017, 34(增刊1):39-43. Niu Peng, Li Xu, Li Shirong, et al. The thermal buckling of composite sandwich beams on elastic foundations[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(Suppl 1):39-43. (in Chinese)
    [30] Xue J H, Zi L, Yuan H, Liu R H. Contact analysis for fiber reinforced, delaminated laminates with kinematic nonlinearity[J]. Acta Mechanica Solida Sinica, 2013, 26(4):388-402.
    [31] Tang M Q, Xue J H, Yuan H, Liu R H. Macro-micro analysis for anti-penetrating postbuckling of fiber reinforce, debonded laminates with contact effects[J]. International Journal of Applied Mechanics, 2014, 6(4):1-24.
    [32] Xue J H, Xia F, Ye J, Zhang J W, et al. Multiscale studies on the nonlinear vibration of delaminated composite laminates-global vibration mode with micro buckles on the interfaces[J]. Scientific Reports, 2017, 7(1):44-68.
  • [1] 杨廷毅, 白雪.  摄动法研究硬盘磁头滑块动态飞行特性 . 工程力学, 2018, 35(11): 223-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0665
    [2] 文颖, 李特, 曾庆元.  柔性梁几何非线性/后屈曲分析的改进势能列式方法研究 . 工程力学, 2015, 32(11): 18-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0335
    [3] 刘述伦, 薛江红, 王璠, 刘人怀.  含脱层纤维增强复合材料层合板在湿热环境下的屈曲分析 . 工程力学, 2015, 32(3): 1-8. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0870
    [4] 张文志, 富明慧, 林敬华.  层合梁脱层分析的精细解法 . 工程力学, 2012, 29(7): 35-41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.10.0764
    [5] 秦 剑, 黄克服, 张清东.  几何非线性样条有限元法 . 工程力学, 2011, 28(增刊I): 1-004.
    [6] 戴杰涛, 张清东, 秦 剑.  薄宽冷轧带钢局部板形屈曲行为解析研究 . 工程力学, 2011, 28(10): 236-242.
    [7] 杨金花, 傅衣铭.  横向线动载荷作用下复合材料层合梁的脱层扩展分析 . 工程力学, 2010, 27(5): 1-007.
    [8] 朱 波, 周 叮, 刘伟庆.  含脱层层合简支梁屈曲问题的弹性力学解 . 工程力学, 2010, 27(11): 28-033.
    [9] 陈浩然, 周柏华, 白瑞祥.  含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋圆柱壳(AGS)的热-机耦合非线性屈曲分析 . 工程力学, 2008, 25(8): 0-063.
    [10] 赵凤群, 王忠民, 刘宏昭.  非保守功能梯度材料杆的后屈曲分析 . 工程力学, 2007, 24(6): 0-058.
    [11] 赵明华, 贺炜, 邹新军.  基桩后屈曲的摄动分析方法 . 工程力学, 2006, 23(12): 112-116,.
    [12] 杨金花, 傅衣铭, 王永.  考虑接触效应的具轴对称脱层层合圆柱壳的非线性动力响应分析 . 工程力学, 2006, 23(3): 69-75,9.
    [13] 陈得良, 傅衣铭.  考虑剪切效应的轴对称脱层圆板的后屈曲分析 . 工程力学, 2006, 23(1): 17-22.
    [14] 舒小平.  复合材料层板界面缺陷的有限元分析 . 工程力学, 2005, 22(5): 120-125.
    [15] 舒小平.  层间弱粘贴复合材料层板的热弹性脱层 . 工程力学, 2002, 19(3): 153-158.
    [16] 罗松南, 傅衣铭, 曹志远.  脱层复合材料梁的多参数振动反分析 . 工程力学, 2002, 19(5): 58-61,8.
    [17] 雷建平, 张根全, 武海龙.  不同边界条件下脱层对层合梁自然频率的影响 . 工程力学, 2002, 19(4): 42-45.
    [18] 刘文国, 任文敏, 张维.  复合有限条法研究水压作用下加肋柱壳的后屈曲 . 工程力学, 2000, 17(6): 1-5.
    [19] 李四平, 黄玉盈, 胡元太, 李大望.  3D复合材料中纤维搭桥对脱层屈曲的影响 . 工程力学, 1998, 15(4): 127-132.
    [20] 杨杰, 彭建设.  摄动DQ法分析板的大挠度热弯曲 . 工程力学, 1996, 13(3): 86-92.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  66
  • HTML全文浏览量:  1
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-11
  • 修回日期:  2019-07-24
  • 刊出日期:  2019-11-25

含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
    基金项目:  广东省自然科学基金面上项目(2017A030313013)
    作者简介:

    李萍(1994-),女,湖北人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:1311235440@qq.com);金福松(1995-),男,湖北人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:641217760@qq.com);简方(1997-),男,重庆人,本科生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:819917473@qq.com);夏飞(1994-),男,河南人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:1581058682@qq.com);熊颖(1995-),女,湖北人,硕士生,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:610373474@qq.com).

    通讯作者: 薛江红(1965-),女,四川人,教授,博士,博导,主要从事复合材料结构力学研究(E-mail:txuej@jnu.edu.cn).
  • 中图分类号: TB332

摘要: 采用四分区模型,将含脱层单向铺设复合材料层合板梁分为4个子梁,根据复合材料层合理论,考虑后屈曲路径上位于脱层界面上、下子梁之间的局部受力与变形机制,建立了子梁之间接触力与变形之间的非线性定量关系。在此基础上,结合可伸长梁的几何非线性理论,推导出了计及接触效应的各子梁的非线性后屈曲控制方程。设定简支板梁的边界条件以及脱层前沿处各子梁之间力和位移的连续性条件,通过对控制方程和定解条件归一化,采用小参数摄动法求解,并根据梁的平衡微分方程的特点,解析其通解与特解的构造,获得了含脱层单向铺设层合梁受轴向压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。通过对含脱层单向铺设的复合材料层合梁进行数值分析,综合讨论了脱层长度和深度等对层合板梁的临界屈曲载荷及接触性能的影响,并将所得的理论解与ABAQUS有限元分析得到的结果进行对比,结果表明二者高度吻合。研究发现梁的屈曲模态包含宏观的整体失效模态和界面的微观屈曲模态。梁的屈曲荷载和接触性能都是其固有属性,前者受梁的几何参数和材料参数的影响较显著,而后者则主要受脱层的位置和大小影响。

English Abstract

李萍, 金福松, 简方, 夏飞, 薛江红, 熊颖. 含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
引用本文: 李萍, 金福松, 简方, 夏飞, 薛江红, 熊颖. 含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
LI Ping, JIN Fu-song, JIAN Fang, XIA Fei, XUE Jiang-hong, XIONG Ying. NONLINEAR POST-BUCKLING ANALYSIS OF UNIDIRECTIONAL LAMINATED BEAMS WITH DELAMINATION[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
Citation: LI Ping, JIN Fu-song, JIAN Fang, XIA Fei, XUE Jiang-hong, XIONG Ying. NONLINEAR POST-BUCKLING ANALYSIS OF UNIDIRECTIONAL LAMINATED BEAMS WITH DELAMINATION[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
参考文献 (32)

目录

    /

    返回文章
    返回