细观尺度下考虑湿热载荷联合作用的Mindlin层合板稳定性分析
2021-06-02张大千梁豪豪
张大千,齐 琦,梁豪豪
(沈阳航空航天大学 航空宇航学院,沈阳 110136)
随着对微器件研究的逐步深入,越来越多的微观实验证实[1-3],当构件的尺寸处于微/纳米量级时,试件尺寸减小,其强度、刚度等力学性能指标明显增大,该现象被称为材料的尺度效应。常规的宏观理论无法解释此现象,因此,科研人员提出了偶应力理论。
1963年,Mindlin[4]首次提出了经典偶应力模型,该模型中应变张量对称,曲率张量不对称,并引入一个细观材料尺度参数。由于其曲率张量的非对称性,故将经典偶应力理论应用于实际工程中具有一定困难。2002年,Yang等[5]提出修正偶应力理论,通过重新定义曲率张量,使应变张量与应力张量对称,方便了该理论的工程应用。2006年,Park等[6]建立了修正偶应力Bernoulli-Euler梁模型;2008年,Ma等[7]建立了Timoshenko梁模型;2009年,Tsiatas[8]建立了Kirchhoff板模型;2011年,Ma等[9]基于修正偶应力建立了Mindlin板模型。然而,Yang等提出的修正偶应力理论仅适用于各向同性材料,对各向异性的复合材料层合板并不适用;2012年,Chen等[10]提出了新修正偶应力理论,该理论将曲率张量定义为非对称张量,但应变张量和偶应力张量是对称的,推导出的本构方程能够用于各向异性材料;基于该理论,Roque等[11]研究了简支层合Timoshenko梁的弯曲问题;Mohammad等[12]研究了层合Euler-Bernouli梁和Timoshenko梁的屈曲问题;贺丹等[13-14]对层合梁的自由振动问题进行了分析;2016年,陈万吉等[15-17]对复合材料Mindlin、Reddy层合板进行了稳定性分析。
以上研究没有考虑湿热状态下复合材料层合板的尺度效应。本文以新修正偶应力理论为基础,建立细观尺度下Mindlin层合板的湿热稳定性模型,设定纳维叶解法的位移函数,对细观尺度下Mindlin层合板进行了湿热稳定性分析,并研究了Mindlin层合板的尺度效应。……
