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當(dāng)前，復(fù)合材料在軍機(jī)結(jié)構(gòu)上的廣泛應(yīng)用已是一種體現(xiàn)飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志，并且，大型民用飛機(jī)也在積極地將復(fù)合材料應(yīng)用于主承力結(jié)構(gòu)上。因此，針對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)開展的理論和應(yīng)用研究越來越受到各國飛機(jī)設(shè)計(jì)部門的高度重視。實(shí)際上，復(fù)合材料在軍機(jī)上的應(yīng)用已從翼面結(jié)構(gòu)向機(jī)身結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展，且主要采用了加筋層合板殼的結(jié)構(gòu)形式。由于這類結(jié)構(gòu)的主要失效是由喪失穩(wěn)定性引起的，故為保證其使用的安全性，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須對復(fù)合材料加筋板殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。對于大型民用飛機(jī)而言，其中機(jī)身的上壁板一般采用薄壁雙向復(fù)合材料加筋結(jié)構(gòu)，其極限承載能力設(shè)計(jì)主要包括強(qiáng)度和穩(wěn)定性兩個(gè)方面。然而，對于薄殼結(jié)構(gòu)，在一定程度上，穩(wěn)定性設(shè)計(jì)又要比強(qiáng)度設(shè)計(jì)更為關(guān)鍵些。
近年來，雖然國內(nèi)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析方面取得了一定的進(jìn)展，且編制了一些計(jì)算程序，如COMPOSS6，但對雙曲度機(jī)身復(fù)合材料加筋板殼的工程應(yīng)用和理論研究還有許多工作需要開展。近年來，基于穩(wěn)定性理論，并綜合近十幾年來復(fù)合材料任意加筋板殼有限單元和復(fù)合材料層合板殼及失效理論等方面的成果，開發(fā)了機(jī)身復(fù)合材料加筋板殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及有限元分析程序系統(tǒng)(CSSAP)。通過一些算例與相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果的對比，表明本程序系統(tǒng)能夠滿足工程上分析精度的要求。同時(shí)，通過對實(shí)際機(jī)身一個(gè)典型復(fù)合材料加筋板殼的計(jì)算，表明本程序系統(tǒng)也能用于復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的分析。
為滿足飛機(jī)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工程中面對復(fù)合材料復(fù)雜加筋板殼時(shí)的需求，即：①在初始設(shè)計(jì)階段，尋找一種簡單易行的有限元單元，為飛機(jī)的打樣設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持；②在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，需要適當(dāng)?shù)姆治鲇?jì)算方法及對應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)材料體系的強(qiáng)度判據(jù)和失穩(wěn)判據(jù)，預(yù)估出結(jié)構(gòu)在受載時(shí)的逐層破壞載荷和失穩(wěn)載荷，為飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持；③運(yùn)用穩(wěn)定性和強(qiáng)度理論及有效分析手段(有限元或開發(fā)專用程序)研究并設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式從而最大限度地抵抗失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生(同時(shí)要保證強(qiáng)度要求)。CSSAP正是要為加筋復(fù)合材料整體板殼在飛機(jī)主承力構(gòu)件上的應(yīng)用提供技術(shù)儲備，并從穩(wěn)定性和強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)入手，為確定復(fù)合材料整體板殼的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)承載能力提供設(shè)計(jì)分析手段。
CSSAP可進(jìn)行復(fù)合材料(加筋)板殼的線性穩(wěn)定性和強(qiáng)度分析，判斷經(jīng)典線性屈曲載荷存在與否，并在考慮強(qiáng)度的條件下，給出其漸近求解過程。還可進(jìn)行復(fù)合材料(加筋)板殼的非線性穩(wěn)定性和強(qiáng)度分析，給出大變形下每一個(gè)增量步上各單元的變形和應(yīng)力情況，結(jié)合層內(nèi)、層間失效和剛度衰減判斷結(jié)構(gòu)是否破壞。
CSSAP具有如下特點(diǎn)：①與飛機(jī)工程實(shí)際結(jié)合密切。在系統(tǒng)中，無論是有限單元的選擇還是結(jié)構(gòu)失效判據(jù)的選取，都考慮了實(shí)際大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)可能的形狀、邊界條件、精度要求以及實(shí)際的復(fù)合材料體系。②可對經(jīng)典線性屈曲載荷進(jìn)行判斷及求解。③可預(yù)測層間失效。以往的分析程序系統(tǒng)一般只能預(yù)測加載情況下層內(nèi)的失效。但是，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層間才是最薄弱的部位，層間分析是不可忽略的。CSSAP將復(fù)合材料板殼的每一層都看做處于三維受力狀態(tài)，可求出層內(nèi)、層間的應(yīng)力，可同時(shí)預(yù)測層內(nèi)和層間的失效。④可處理加筋的情況。在常見的理論和算例分析中，復(fù)合材料加筋板殼的結(jié)構(gòu)形式如圖所示，其中的筋是薄的矩形筋，且筋的鋪層面與板殼的鋪層面基本上平行，但工程實(shí)際中是無法鋪出這種結(jié)構(gòu)加筋的。
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