复合材料层合壳体热弹耦合简化模型

钟轶峰，陈 磊，余文斌，张亮亮

（1．重庆大学a．土木工程学院；b．山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆400045；2．美国犹他州立大学 机械与航空航天工程系，洛根84322）

近20年来，先进复合材料结构因其高强度、高模量、可设计性等优点已广泛应用于航天航空、机械、土木等领域。由于复合材料不同成分、不同纤维方向的热膨胀系数相差很大，相比于各向同性材料对温度的改变更加敏感，复合材料板／壳结构的热响应已成为近年来复合材料力学热点课题之一［1－2］，出现了各种复合材料板／壳理论。Ng等［3］应用古典层合理论（CLT）分析了复合材料圆柱壳的热残余应力和自由振动，由于忽略了横向剪切效应，该理论仅对薄壳有效；为克服CLT的缺陷，Pradyumna等［4］基于一阶剪切变形理论（FOSDT）分析了复合材料层合壳体在热环境下非线性动态稳定性，但模拟弯曲时数值计算结果严重失真，产生“横剪自锁”现象，其原因在于总应变能中包含横向剪切应变能的项在量级上不正确，沿厚度方向变化的剪切应变线性假设与上下表面剪应力为零自相矛盾，需人为地引入与几何形状和材料相关的剪切修正因子来解决这一矛盾；为提高沿厚向的应力／应变预测精度，各国学者纷纷把研究重点转向了高阶剪切变形理论，Li等［5］用高阶壳理论分析了复合材料圆柱壳在热环境下的非线性屈曲和后屈曲性能，Nosier等［6］基于层合理论确定湿热环境下正交铺层／角铺层壳体的局部位移函数和层间应力，但仍无法准确预测面内的不连续性和沿厚度方向的横向位移分量。……