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等效刚度法计算波纹夹层板弯曲变形与应力

2021-04-27王小明魏强潘曼

中国舰船研究 2021年2期
关键词:变形方法

王小明,魏强,潘曼

1 中国舰船研究设计中心,湖北 武汉 430064

2 船舶振动噪声重点实验室,湖北 武汉 430064

0 引 言

夹层板由上、下面板和支撑此2 个面板的中间芯层组成。通常芯层与面板的连接方式可以是激光焊接[1-2],也可以是粘结[3],这样组成的新结构被称为结构复合材料。芯层的结构形式有波纹型(V 型),I 型,Y 型,O 型,Z 型和梯形等。与普通板或加筋板相比,夹层板具有比强度和比刚度高的优点,经常被应用到船舶工程、航空航天工程、列车车厢和桥梁工程中[4]。由于夹层板芯层具有形式多样、材料选择空间大、设计范围宽泛的优点,所以得到了广泛的研究。

在波纹夹层板弯曲问题的研究中,逐渐形成了2 个研究方向:一个方向是把波纹夹层板等效成正交异性板,按照正交异性板进行求解[5];另一个方向则是直接根据芯层的实际形状,忽略面板与芯层连接位置处的剪应力连续条件,上、下面板运用经典薄板理论,芯层采用一阶剪切变形理论求解[6]。

在第一个研究方向中,等效刚度和等效弹性参数的确定和计算方法是重点。1951 年,Libove 等[7]把波纹夹层板整体等效成正交异性板,考虑夹层板拉伸与弯曲耦合,剪切与扭转耦合,并在弯曲问题中考虑了横向剪切力,运用变形等效原理推导了夹层板的等效刚度、等效模量和等效泊松比等弹性常数。后来,文献[7] 的研究成果受到很多学者的重视,纷纷运用该方法研究其他结构形式的夹层板弹性常数,例如,Fung 等[8-10]研究了Z 型和C 型夹层……

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