基于指数剪切变形理论的层合板湿热分析

胡德义，贺 丹

(沈阳航空航天大学 辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室，沈阳 110136)

随着纤维复合材料在湿热环境中的广泛应用，准确预测其在湿热载荷作用下的力学响应变得愈加重要。Lee等[1]基于Kirchhoff经典层合板理论(CPT)研究了在不同边界条件下，湿热效应对横向载荷作用下层合板弯曲的影响。CPT的缺点在于忽略了横向剪切变形的影响，因此不能反映出湿热载荷引起的横向剪切应力，而横向剪切应力恰恰是造成复合材料层合板分层破坏的主要原因之一。Reddy和Hsu[2]基于Mindlin[3]的一阶剪切变形理论(FSDT)，并采用了一种新型有限单元，对复合材料层合板进行热分析。Sai Ram和Sinha[4,5]采用二次等参板弯曲单元，并结合FSDT研究了湿热对层合板弯曲和自由振动行为的影响。FSDT虽然能计算横向剪切应力，但精度不高，且需要引入一个横向剪切修正因子。为了克服FSDT的缺点，人们开始研究高阶理论并对层合板进行湿热分析。Reddy[6]提出了一种著名的三阶剪切变形理论(TSDT)，其位移为厚度方向坐标的三次函数，可自然满足自由表面条件，且不需要引入剪切修正因子，他们将这种理论运用于复合材料层合板的机械/热分析，预测结果与精确解吻合良好。Khdeir和Reddy[7]采用了精细板理论对正角铺设层合板进行了热分析。Savoia和Reddy[8]为简支各向异性层合板的热应力提供了一种三维弹性解。Ali，Bhaskar和Varadan[9]提出了一种位移场中包含一个zigzag函数项的高阶理论，并对对称层合板进行了热分析。展全伟等[10]对湿热环境下开孔复合材料层合板的力学性能进行了试验测定，其结果表明，湿热会降低压缩强度、刚度等材料性能。……