141_复合材料夹芯板刚强度计算分析.pdf

2006年用户年会论文

复合材料夹芯板刚强度计算分析

[贾华敏陈以蔚李树虎王炳雷郭建芬]

[中国兵器工业集团第五三研究所，250031]

[摘要]本文对复合材料夹芯板进行不同约束和载荷条件下的有限元分析计算，并将其
计算结果与试验结果进行了对比，考核结构的刚强度，验证计算的准确性。结果表明，计算

结果与试验结果符合较好，说明计算模型合理，具有一定的工程参考价值。

[关键词]复合材料板夹芯结构刚强度

Computationalanalysisofrigidityandstrengthofsandwich
compositeplate
[JiaHuamin,ChenYiwei,LiShuhu,WangBinglei,GuoJianfen]

[CNGCInstitute53,250031]

[Abstract]Thispaperanalyzesthesandwichcompositeplatewithdifferentconstrainsandloads.
Comparisonshavebeenconductedbetweennumericalresultsandexperimentalresults,
whichverifiestherigidityandstrengthofthestructureandprecisionoftheanalysis.The
resultsindicatethatthenumericalresultsfittheexperimentalresultswell,whichshowthat
themodelofanalysisisrationalandtheresultshavevalueforengineeringapplication.

[Keyword]compositeplatesandwichstructurerigidityandstrength

1前言

复合材料夹芯结构是一种在工程应用中常见的结构，具有强度好、重量轻等优点，是许
多工程应用的首选材料。但由于其发展起步较晚，并且其力学性能的复杂性，在工程应用中
有很多没有解决的问题。本文对复合材料夹芯板进行模拟计算，并将其结果与试验结果相对
比，验证了有限元计算的准确性。

2结构和参数

2.1复合材料夹芯板结构

2006年用户年会论文

复合材料夹芯板为2000mm×600mm的矩形板,上下面板为厚2.5mm的正交铺层玻纤复合
材料，中间夹芯为厚30mm的泡沫，边框支撑处的中间夹芯采用增强泡沫。

2.2.材料模型和参数

复合材料铺层面板采用正交各向异性材料模型：

EX=20GPa

EY=20GPa

EZ=3.2GPa

PRXY=0.12

PRYZ=0.12

PRXZ=0.12

GXY=3000MPa

GYZ=3000MPa

GXZ=3000MPa

泡沫夹芯采用线弹性材料模型：

模量：32.2MPa

泊松比：0.28

增强泡沫夹芯采用线弹性材料模型：

模量：900MPa

泊松比：0.28

3有限元计算

3.1计算模型

本次计算采用壳单元，计算模型如图1。图中A、B、C、D为支撑点。

2006年用户年会论文

图1复合材料板计算模型图

3.2工况条件

3.2.1施加载荷

试验中在复合材料夹芯板整个面板采用堆放沙袋的方式施加载荷，计算模型中施加均
布载荷。

3.3约束条件

约束条件分两种：

1.四点约束。试验时复合材料夹芯板两侧（A、B区域）用夹具和螺栓固定，上面两个
支撑面（C、D区域）简支；计算时在复合材料夹芯板左支撑面（A区域）施加x,y,z向约
束，右支撑面（B区域）施加z向约束，上面两个支撑面（C、D区域）加z向约束。

2.两点约束。试验时两侧约束面（A、B区域）用夹具和螺栓固定，其余两个面不约束；
计算时只在复合材料夹芯板左支撑面（A区域）施加x,y,z向约束，右支撑面（B区域）施
加z向约束。

4计算结果及分析

实验时测量应变所贴应变片的位置如图所示：

2006年用户年会论文

图2应变片粘贴位置及编号示意图,A-D为加强块编号

4.1四点支撑计算结果及分析
表1不同加载下最大位移对比(四点支撑)
最大位移(mm)
加载（103Kg）
试验结果计算结果
000
0.2586.68
0.51613.4
0.7502220.0
1.02926.8
1.253533.4
1.54239.9
1.754846.3
2.005352.7
2.255859.1
2.506365.4
2.756871.8
3.007278.2

2006年用户年会论文
表2不同加载、不同测点应变结果对比(四点支撑)
应变（με