[發明專利]一種計算石墨烯復合材料層合板熱屈曲的數值方法

在審

• 申請號: 201910701259.1
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110472320A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 蘇強強;雷祖祥
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 朱沉雁<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種計算石墨烯復合材料層合板熱屈曲的數值方法，基于一階剪切變形理論，采用擴展的Halpin?Tsai模型計算復合材料的彈性參數，并通過哈密頓原理獲得屈曲方程，最后采用無網格方法進行弱變分獲得離散屈曲方程，最終計算出了層合板不同寬厚比、邊界條件、層合角度和初始溫度下的屈曲臨界溫度。由于石墨烯復合材料具有優良的力學性能，本發明能為航空航天、汽車等領域提供一定的設計幫助。

技術領域

本發明屬于研究薄板穩定性問題，具體涉及一種計算石墨烯復合材料層合板熱屈曲的數值方法。

背景技術

MATLAB語言為數學問題的計算機求解，特別是控制系統仿真和CAD發展起到了巨大的推動作用。其數值運算功能極其出色，而且它的工具箱可以高效、可靠解決各種各樣的問題。

隨著工業技術的發展，一般材料已經不能滿足實際需要，復合材料愈發受到重視。考慮到工件復雜的工作環境，研究薄板的熱屈曲效應具有相當的重要性。

201810089235.0公開了《基于無網格法的FG-GRC板屈曲載荷因子的數值算法》，分析FG-GRC板的屈曲載荷因子，但沒有研究溫度變化對屈曲的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種計算石墨烯復合材料層合板熱屈曲的數值方法，基于一階剪切變形理論，采用無網格kp-Ritz方法計算薄板的屈曲臨界溫度。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種計算石墨烯復合材料層合板熱屈曲的數值方法，包括以下步驟：

步驟1、確定無溫度應力時均勻分布的石墨烯復合材料層合板的初始溫度，同時設定石墨烯含量、基底材料參數和層合角度，通過擴展的Halpin-Tsai模型，計算石墨烯復合材料層合板的彈性常數，轉入步驟2；

步驟2、基于一階剪切變形理論，結合Cauchy應變張量和廣義胡克定律，計算石墨烯復合材料層合板的應變能，轉入步驟3；

步驟3、由哈密頓原理獲得石墨烯復合材料層合板的熱屈曲方程，轉入步驟4；

步驟4、采用無網格kp-Ritz方法離散石墨烯復合材料層合板，獲得離散后的屈曲方程，通過MATLAB進行數值計算，求得石墨烯復合材料層合板的屈曲溫度。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)采用最新的擴展Halpin-Tsai模型計算復合材料彈性模量，使得結果更加準確。

(2)采用無網格方法，方法更加新穎。

附圖說明

圖1為本發明計算石墨烯復合材料層合板熱屈曲的數值方法的流程圖。

圖2為本發明石墨烯增強復合材料板示意圖。

圖3為本發明實施例中300K石墨烯增強復合材料板[0]_s和[0 π/2 0 π/2 0]_s的臨界溫度折線圖，其中圖(a)為[0]_s的臨界溫度折線圖，圖(b)為[0 π/2 0 π/2 0]_s的臨界溫度折線圖。

圖4為本發明實施例中400K石墨烯增強復合材料板[0]_s和[0 π/2 0 π/2 0]_s的臨界溫度折線圖，其中圖(a)為[0]_s的臨界溫度折線圖，圖(b)為[0 π/2 0 π/2 0]_s的臨界溫度折線圖。

圖5為本發明實施例中300K石墨烯復合材料板在SSSS下屈曲形狀([0 π/2 0 π/20]_s)圖。

圖6為本發明實施例中300K石墨烯復合材料板在CCCC下屈曲形狀([0 π/2 0 π/20]_s)圖。