板壳结构非线性有限元稳定性分析的理论基础与工程应用方法

随着复合材料在工业领域的广泛应用，复合材料板壳结构的稳定性特性，包括屈曲和后屈曲特性，成为设计人员十分关注的一个问题。为此，本文采用商用有限元软件NASTRAN对复合材料板壳结构的稳定性进行了分析。首先，为了验证有限元模型和分析过程的正确性，分析了矩形薄板在受到面内均匀和线性分布载荷作用下的稳定性问题，并与《飞机设计手册》中的结果进行了比较，发现了《手册》中个别情况的数据不够精确，给出了正确结果；还分析了双向加载复合材料加筋薄板稳定性问题，与已有的结果相比较，讨论了误差原因。其次，分析了三种典型边界条件下多种边长比矩形薄板在受到面内非均匀载荷作用下的稳定性问题，引入了当量载荷因子并给出了相应的公式以方便设计者的使用。然后，分析了球壳、柱壳和加筋柱壳的非线性稳定性问题，给出了屈曲和后屈曲全过程，并与现有的文献结果相比较，再次验证了有限元模型和分析壳的非线性稳定性过程的正确性。第四，在此基础上分析了某复合材料加筋双曲率壳非线性稳定性问题，给出了壳受横向集中载荷、剪切载荷和两种载荷的联合作用下的屈曲和后屈曲全过程的结果，以及联合载荷作用下的相关曲线，为复合材料双曲加筋壳设计和应用提供了参考，也为采用新的计算方法研究此类结构提供了对比数据