基于修正Hoff理论硬夹芯夹层板弯曲问题研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:li_heping1986
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硬夹芯夹层板是一种芯层具有抗弯刚度以及能够承受面内应力的夹层结构,此类夹层结构在工业领域已经得到了广泛的应用。本文修正了Hoff理论,即在考虑表层抗弯刚度的基础上还考虑了芯层的抗弯刚度与面内应力。首先给出了基于修正Hoff理论硬夹芯夹层板弯曲基本方程的求解方法,求解过程中仍然首先引用了两个新的变量对弯曲基本方程进行了解耦,得到了三个新的方程。接着,本文创造性地再次引入了一个新的变量,得到了一个形式简单的四阶微分方程。求解方程得到这个新的变量的表达式,即得到了解耦后的弯曲基本方程中两个变量的线性关系。最后将一个变量用另一个变量表示出来代入解耦后的弯曲基本方程第一式,得到挠度的表达式。运用此种解法,本文主要研究了无限长夹层板、矩形板、圆板受均布载荷作用时的弯曲问题,边界条件主要为简支或固支。对四边简支矩形夹层板受均布载荷作用问题给出了详细的分析过程,提出如何将边界条件用新引入的变量表达以及求解方程解中的未知常数,最终得到了挠度和内力的表达式。利用坐标变换,得到了圆形夹层板的弯曲基本方程和内力表达式。本文还研究了芯层为拉压不同模量材料、功能梯度材料、正交各向异性材料的夹层板的弯曲问题,基于最小势能原理推导了此类夹层板的弯曲基本方程。采用八节点四边形等参元建立了夹层板弯曲的有限元列式,编写了有限元程序对夹层板的弯曲进行了分析,得到了挠度的有限元值。通过改变芯层模量或厚度,分别得到了挠度值,将其与理论值进行了比较,研究了变化规律。研究发现,随着芯层模量的增大,有限元解与解析解越来越吻合,而改变芯层厚度后解析解与有限元解始终相当接近。在芯层模量较小时,本文解析解与Hoff理论解十分接近,表明了本文的解析解可以适用于软夹芯的情况。而当芯层模量逐步增大时,本文解析解与Hoff理论解差异越来越大,表明此时Hoff理论的挠度表达式不再适用。
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