压剪联合载荷作用下复合材料壁板屈曲及后屈曲性能计算与优化方法研究

李 政，梁 珂

(西北工业大学航空学院, 西安 710072)

0 引言

复合材料由于具有较好的比强度和比刚度，以及极度自由的可设计性，在航天航空结构工程领域得到广泛应用。目前飞行器结构设计不仅实现了复合材料使用比重的显著增加，其使用范围也逐渐从受力较小的构件向主承力结构进行转变。复合材料壁板是组成飞行器结构的重要承力构件，此类结构通常会受到轴压和剪切载荷的联合作用，容易在材料失效破坏之前发生屈曲失稳，造成结构承载性能下降[1-2]。故而，研究复合材料壁板的压剪承载性能，揭示铺层参数对壁板屈曲载荷和后屈曲承载性能的影响机理，对于提高复合材料在飞行器结构中的应用至关重要[3-5]。

即便采用当前先进的力学数值算法技术，针对复合材料壁板开展屈曲和后屈曲性能优化仍然存在种种困难[6]。首先，屈曲载荷和后屈曲性能分别由结构的面外和面内刚度水平控制，单独优化其中一个性能指标会引起另一个指标的明显下降；其次，计及几何非线性效应的结构屈曲分析计算量过大，常规非线性有限元方法已不适合用于优化迭代过程，不利于揭示屈曲及后屈曲优化的力学机理。早先，Pandey等[7]推导了计算复合材料受压板非线性屈曲性能的解析公式并用于铺层优化，发现单独优化后屈曲性能会明显降低屈曲载荷值。部分学者采用一种计算非线性屈曲响应的渐近数值方法(ANM)[8-11]来快速计算结构的屈曲及后屈曲响应。……