非对称梯度点阵夹芯梁的弯曲与屈曲行为研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guiminzhu18
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点阵夹芯结构是一种具有优异力学性能的新型轻质多功能结构,被广泛应用于航空、航天、船舶和交通等领域。然而,传统的点阵结构是由周期性单胞构成的均匀结构,在工程实际中,结构往往受到局部集中荷载或非对称荷载作用,不能充分发挥其承载效率。为了进一步提高其承载能力,本文提出了一种新型非对称梯度点阵夹芯结构,基于ALLEN经典夹芯梁理论,采用理论分析、数值模拟两种方法对非对称梯度点阵夹芯结构的弯曲和屈曲力学性能进行研究,主要包括以下内容:首先以代表性体积单胞为研究对象,基于单胞等效理论,计算非对称梯度点阵夹芯梁的单胞等效弹性常数和等效强度。通过线性拟合方法,将非连续介质的梯度点阵结构等效为连续介质的梯度材料,基于ALLEN经典夹芯梁理论,提出一种具有任意属性芯子的非对称梯度点阵夹芯梁的理论计算方法。同时,使用Python语言编写脚本程序,实现非对称梯度点阵夹芯结构参数化建模,并开展了有限元分析,将其计算结果与理论分析结果进行对比,验证本文提出的等效理论的正确性。其次研究非对称梯度点阵简支梁在三点弯曲荷载作用下的弯曲性能。对ALLEN经典夹芯梁理论进行改进,提出非对称梯度点阵简支梁变形假设,建立非对称梯度点阵简支梁理论模型,推导结构在三点弯曲荷载作用下强度和刚度的理论预报公式。设计了四种不同结构参数的非对称梯度点阵夹芯结构,并开展相应的有限元数值模拟分析,以此验证本文提出理论模型的准确性。然后研究非对称梯度点阵悬臂梁的弯曲性能。建立非对称梯度点阵悬臂梁在均布荷载作用下的理论模型,推导其结构的刚度和强度的理论预报公式,并通过数值模拟进行验证。设计了质量相同但梯度分布不同的三种结构,分析了梯度系数和几何参数对非对称梯度点阵悬臂梁弯曲刚度和强度的影响。最后研究非对称梯度点阵夹芯结构在面内荷载作用下的整体宏观屈曲问题。建立非对称梯度点阵夹芯结构在面内荷载下的理论模型,采用能量法推导结构在简支边界条件下的临界屈曲荷载计算公式,并通过数值模拟进行验证。通过理论分析和数值计算相结合的方法,研究结构几何参数对非对称梯度点阵夹芯梁宏观屈曲性能的影响。
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