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压缩载荷下复合材料加筋曲板屈曲后屈曲分析摘要：该文对复合材料加筋曲板结构建立了压缩载荷下的后屈曲非线性有限元模型。在曲板与筋条间采用界面单元模拟胶接界面。采用Hashin判据作为复合材料的失效准则界面单元使用Quads判据作为失效准则。通过折减材料刚度的方法研究了在压缩载荷下加筋曲板结构的渐进损伤过程。将有限元仿真获得的结果与试验值进行比对两者一致性较好证明了该有限元分析方法是合理的。关键词：复合材料加筋曲板屈曲后屈曲承载能力中图分类号：TK332文献标识码：A文章编号：1674-098X（2015）10（c）-0135-03该文建立了复合材料加筋曲板的有限元计算模型。在模型的曲板和筋条之间添加了界单元用于曲板与筋条之间界面的破坏的模拟。基于ABAQUS有限元软件提供的用户材料子程序UMAT功能对建立的复合材料单元和界面单元分别使用Hashin准则和Quads准则判断破坏的出现通过对材料参数的折减模拟材料的破坏模拟了复合材料加筋曲板在压缩载荷下的后屈曲破坏过程。有限元数值仿真得到的载荷位移曲线与试验曲线一致性较高证明了模型的有效性。1加筋曲板有限元模型的建立该文对复合材料加筋曲板建立了有限元分析模型筋条与曲板等复合材料结构采用壳单元S4R进行离散。模拟曲板与筋条之间的界面元采用了三维界面单元COH3D8。通过对应节点之间采用刚性连接的方法保证了单元的连续性对应节点的3个平动自由度进行了匹配。2失效模型2.1复合材料单层板的失效判据该文使用二维Hashin[1]失效准则作为失效判据Hashin失效准则将复合材料层板的破坏模式分为四种即：基体开裂、基体压溃、纤维拉断和纤维压断由于其简单有效已被广泛应用。其具体的表达式如下：纤维拉伸断裂≥0）（1）纤维压溃≥0）（2）基体拉伸断裂≥0）（3）基体压溃（4）2.2界面单元的失效判据对于筋条与曲板间界面的失效判据该文采用了文献[2]提出的Quads判据：≥1（5）其中：XT表示界面拉伸强度、S表示界面剪切强度。由于压应力不会导致界面单元的破坏因此引入如下运算符：（6）2.3单元发生破坏后的材料刚度折减方案当单元发生破坏后按照表1中的材料刚度折减方案对发生破坏的单元根据不同失效模式进行相应材料参数的折减退化材料刚度的折减过程通过用户材料子程序UMAT来实现仿真。3数值仿真与失效分析3.1模型几何尺寸与材料参数J型筋条的具体几何尺寸如图1所示。复合材料曲板的铺层方式为[045-4590]sJ型筋条的铺层方式为[45-4502]3s曲板和筋条复合材料单层板的厚度取为0.125mm。算例中的曲板和筋条的材料为IM7/8552UD曲板和筋条之间的界面材料为Redux312。复合材料单层板的弹性模量、强度值等参数详见表2筋条与曲板之间胶粘界面的材料参数详见表3。加载方式为：轴向施加压缩载荷。根据文献[4]边界条件为：底边固支加载边U3方向自由其他方向约束两条侧边约束U1UR1和UR3。3.2屈曲后屈曲分析3.2.1线性屈曲分析加筋曲板结构的实际几何缺陷是在制造过程中产生的这些几何缺陷难以确定并模拟因此在该文中使用了将加筋曲板结构的一阶模态作为初始缺陷的方法对结构的初始几何缺陷进行了模拟。屈曲载荷及模态的线性广义特征值方程通过ABAQUS软件中屈曲计算模块求解。该文模型计算得到的屈曲载荷为58.8kN与文献中试验得到的屈曲载荷值60.0kN进行比较可以看出计算结果与试验值吻合良好误差为-2%符合精确度要求。3.2.2非线性后屈曲分析对图2中的曲线进行分析可知在加载的初始阶段曲线为线性段当载荷增加到一定值时曲线的斜率开始减小这时结构发生失稳结构的刚度下降此时的载荷为结构的屈曲载荷但结构仍然能够承受压缩载荷。当载荷进一步增加时曲板、筋条和两者的胶粘界面都逐渐发生破坏结构的刚度逐步降低。在曲线突然出现下降段时结构发生最终破坏此时的载荷的最大值即为结构的极限强度。试验获得的极限强度为295.42kN建模得到的极限强度为289.572kN误差为-1.98%。由此可知该文建立的有限元仿真模型得到的极限强度值与试验获得的数据一致性较好误差在2%以内证明了该文建立的有限元模型是合理有效的。3.3失效过程分析对加筋曲板结构在压缩载荷下的整个过程进行研究分析在整个过程中出现了全部五种失效形式。整个破