[發明專利]復合材料梯形波紋夾芯圓柱殼的多尺度等效建模方法

有效

• 申請號: 202011027975.5
• 申請日: 2020-09-26
• 公開（公告）號: CN112163273B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 趙海濤;田莉;陳吉安;袁明清;劉馨陽;彭雅慧
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種復合材料梯形波紋夾芯圓柱殼的多尺度等效建模方法，其特征在于，通過經典層合板理論編寫MATLAB計算程序采集得到任意的鋪層角度和層數條件下層合板的彈性常數以建立梯形波紋夾芯結構的代表性體積元的有限元模型；通過施加周期性邊界條件計算得到結構單胞在不同單位應變下的力學響應，再通過外置后處理程序計算得到結構單胞等效后的正交各向異性板的彈性常數，最后建立梯形波紋夾芯圓柱殼等效后具有相同半徑和厚度的圓柱殼模型；

所述的梯形波紋夾芯結構的代表性體積元的有限元模型，即具有詳細尺寸的劃分好網格的實體單元；

所述的周期性邊界條件為：其中：u’、v’、w’分別為像點在x、y、z方向的位移，u、v、w分別為原節點在x、y、z方向的位移；W_x、W_y、W_z分別為像點與原節點各方向之間的坐標差；為各應變分量；

所述的力學響應為：其中：和為正應變和剪切應變，和為正應力和剪切應力，為柔度矩陣的各項系數；

所述的結構單胞等效后的正交各向異性板的彈性常數為：

所述的圓柱殼模型包括：復合材料層合板介觀模型、梯形波紋夾芯結構單胞模型和梯形波紋夾芯圓柱殼宏觀模型。

2.根據權利要求1所述的復合材料梯形波紋夾芯圓柱殼的多尺度等效建模方法，其特征是，所述的結構單胞是指大型波紋夾芯圓柱殼的一個代表性體積單元，其截面為梯形，將此單胞沿著軸向和周向重復鋪開以獲得整個圓柱殼。

3.根據權利要求1或2所述建模方法得到的復合材料梯形波紋夾芯圓柱殼的多尺度等效模型的應用，其特征在于，將其用于直徑為3.5米貯箱端框的等效建模，具體過程包括：

步驟1：由碳纖維增強復合材料單層板的參數E₁＝147.74GPa，E₂＝9.47GPa，E₃＝9.47GPa，G₁₂＝5.09GPa，G₁₃＝5.09GPa，G₂₃＝3.69GPa，ν₁₂＝0.2458，ν₁₃＝0.2458，v₂₃＝0.2840及鋪層的參數[0,60,-60]s為輸入條件計算得到層合板的等效參數

步驟2：由直徑3.5米貯箱端框，即梯形波紋夾芯圓柱殼的幾何尺寸抽離出結構代表性體積單元，即單胞，并對該單胞劃分網格得到有限元模型，通過施加周期性邊界條件和后處理計算程序得到等效后的正交各向異性板的彈性常數，