[发明专利]考虑湿热效应的复合材料加筋板临界剪切屈曲载荷的预测方法

权利要求书

1.一种考虑湿热效应的复合材料加筋板临界剪切屈曲载荷的预测方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

S1，确定湿热环境下复合材料加筋板的退化刚度；

S2，基于湿热环境下复合材料加筋板的退化刚度，确定复合材料加筋板的等效湿热载荷；

S3，将复合材料加筋板通过刚度均匀化转化为等效刚度平板；

S4，结合层合板理论以及等效湿热载荷，通过能量最小法确定等效刚度平板的临界屈曲载荷；

所述步骤S2，具体为：

湿热环境中复合材料的本构模型如式(7)所示：

F＝Dε-F^H   (7)

式中，F和F^H分别是机械原因和湿热原因引起的载荷，D表示材料的刚度矩阵，ε表示应变向量，分别如式(8)-(11)：

F＝[N_x,N_y,N_xy,M_x,M_y,M_xy]^T                     (8)

ε＝[ε_x,ε_y,γ_xy,κ_x,κ_y,κ_xy]^T                   (10)

式(8)中N_x表示x方向的力，N_y表示y方向的力，N_xy表示剪切力，M_x表示x方向的力矩，M_y表示y方向的力矩，M_xy表示x-y平面外z方向弯矩；式(9)中表示湿热引起的x方向的力，表示湿热引起的y方向的力，表示湿热引起的剪切力，表示湿热引起的x方向的力矩，表示湿热引起的y方向的力矩，表示湿热引起的x-y平面外z方向弯矩；式(10)中ε_x,ε_y分别表示N_x,N_y对应的应变值，γ_xy表示角应变；κ_x,κ_y,κ_xy分别表示M_x,M_y,M_xy的弯曲曲率；式(11)中A_ij,B_ij和D_ij，分别代表复合材料层合板拉伸刚度、耦合刚度和弯曲刚度，它们表达为式(12)：

式中，为刚度矩阵元素，其表达式如式(13)-(15)所示：

式中，c＝cosθ，s＝sinθ，θ是第k层的铺层角；式(14)-(15)中υ₁₂代表的是x方向对y方向的泊松比，υ₂₁代表的是y方向对x方向的泊松比；

湿热环境中等效湿热载荷表达为式(16)：

式中，N^H和M^H分别是等效的力和力矩；和e^k分别是湿热环境影响下刚度矩阵分量和应变分量，其中刚度矩阵分量表达为式(17)：

湿热应变分量是热膨胀和湿环境两方面引起的应变的总和，因此e^k表达为式(18)：

式中，α₁₁和α₂₂分别是轴向和横向的热膨胀系数，β₁₁和β₂₂分别是轴向和横向湿膨胀系数，ΔC和ΔT分别是吸湿量和温度的变化量；

轴向和横向的热膨胀系数与湿膨胀系数如式(19)-(22)所示：

α₂₂＝(1+υ_m)α_m1v_m+(1+υ_f)α_f1v_f-α₁₁υ₁₂   (20)

β₂₂＝(1+υ_m)β_mv_m+(1+υ_f)β_fv_f-β₁₁υ₁₂     (22)

基体认为是各向同性，因此在式(19)-(22)中，始终存在式(23)：

E_m1代表复合材料基体的x方向的弹性模量，E_f1代表纤维x方向弹性模量，α_f1代表纤维x方向热膨胀系数，α_m1代表复合材料基体x方向热膨胀系数；β_f1代表纤维x方向吸湿膨胀系数，β_m1代表复合材料基体x方向湿膨胀系数。