复合材料结构稳定性分析初探

复合材料结构稳定性分析初探

沈丹杰

（石家庄宝嘉建筑工程有限公司）

摘要：复合材料的比强度高、比刚度高、可设计性能比较优秀，因而在现代化的飞机生产当中有着非常广泛的应用，对其结构的稳定性进行分析，有利于全面提高复合材料的应用效果。基于此，本文主要分析复合材料的结构性能，并从稳定性角度，探求提高复合材料应用效果的路径。

关键词：复合材料；结构性能；稳定性分析

现代化的飞机制造，正在朝向结构重量轻量化、结构性能优越的角度，不断的发展，因而，应用先进的复合材料，不仅可以减轻飞机的重量，还可以满足飞机的多种新功能的要求。所以，现代化的一些飞机制造企业，广泛的采用蒙皮、梁、墙类长纤结构等等，进行空间核心的优化构造。

1.复合材料结构稳定性优势

现代化飞机制造当中，使用的一些复合材料及薄壁结构，可以承受比较高的荷载作用，在一些失效分析模型环境下，可以根据强度破坏以及失稳曲度等等，进行结构上的优化分析，从而保障飞机使用的安全性。也即是说，对其具体的结构强度进行校核与稳定性的分析，可以探求目前结构使用过程当中，存在的一些弊端，从而全面提高稳定性分析的精准。

尤其是，随着人工智能技术、计算机技术、大数据技术的迅猛发展，目前，在稳定性分析方面，有限元方法已经成为了一种比较主流的分析方法，通过这种有限性分析以及非线性分析的方法，可以显著减少分析过程当中，存在的一些小位移与小应变现象，从而全面提高非线性对于整个稳定性分析驱动造成的负面影响。通过这种稳定性分析的方式，可以对复合材料使用的失稳载荷比例问题、临界失稳定性分析方法，尤其是失稳载荷问题、最大移植问题以及失稳位置问题，进行优化判断。

2.稳定性分析方法在复合材料结构优化当中的应用2.1材料刚度分析

复合材料结构的稳定性，主要取决于其自身的材料刚度，如果它自身的结构刚度，可以对他起到良好的刚度支撑作用，那么就可以应用这种增量形式，进行相关的虚功分析。

（1）在进行稳定性分析的过程当中，我们可以先建立起一个线性刚度矩阵，在利用这种应力分析的方式，对于其几何刚度矩阵的具体数值进行判断，从而得出应力水平的变化矩阵。

（2）如果几何非线性刚度矩阵的位移情况，会随着结构的大位移而不断变化，那么，就可以初步判定线性刚度矩阵可以满足虚功原理的具体要求。

2.2线性失稳分析

在进行复合材料结构稳定性分析的过程当中，要应用线性稳定原理，通过小位移小应变的相关弹性变化，作为整个稳定性分析的结构理论基础，通过结构位置形态的相应调整，根据临界失稳荷载的线性广义，特征建立起有效的特征分析方程。

Q=xkx1t+xxk2t(ti+Ti)α∑rktxktit+2tt=12.3实验分析方法

在复合材料当中，选择一段长度在15cm左右、宽度在6cm左右、高度在2cm左右的相关实验材料，应用这种弹性模型分析方法，可以

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计算整个材料的泊松比，从而确定复合材料单向板的具体强度，并且根据刚度模型原理，对泊松比进行二次计算，从而优化弹性模型，发现复合材料层板结构，以及其刚度的相关系数。

第一，在实验的过程当中，通过两端连接方式对于稳定性荷载的相关检测力度进行过度分析，并且在成立强上通过加载检测对于复合材料的传递性能进行相关的实验。

第二，对于扭转载荷以及弯曲载荷的稳定性，进行分别性的检验，通过对实验件的一侧固定，以及两侧固定，探究扭转加载实验当中最大承受的扭矩载荷。

第三，采用装置缓慢匀速进行加载的方式，对于已测荷载进行相关性分析，逐渐布置相应的变测量片，通过载荷的逐渐增大，探求整个复合材料自动收集实验当中载荷指的相应变化信息。

第四，通过流转失稳实验得到相关的扭矩临界值，并且通过实验得到的临界弯矩进行相关的应变值探讨，从而会画出应变曲线，判断复合材料的结构是否存在失稳现象。

2.4建立有限元模型2.4.1复合材料辅助工具

根据上述分析流程建立起自有的复合材料辅助工具，并且探究结构建模的有效性，根据复合材料的特征，建立起网络化的单元模型，并且逐渐从一维度单元拓展到二维单元结构、三维单元结构，将整个复合材料简化成为一个无缝连接的相关材料，通过不同层面的材料赋能，进行金属材料的应用效果检测，从而将整个多层的材料连接成为一个整体。

2.4.2非线性分析

复合材料的非线性构造，其计算结果要始终以简化模型非线性计算结果，保持一致，才能够不断提高实验和段非线性结构的稳定性精确化程度。荷载结构的扭转以及弯载荷计算的过程当中，要充分考虑最小变形情况，采用线性有限元分析方法，提高整个计算的精确程度。

3.结论

综上所述，复合材料应用的结构稳定性受到动载荷作用的影响比较大，如果整个材料出现弯曲变形，那么就会显出影响整个复合材料的具体应用效果。从本文的分析可知，研究复合材料稳定性分析，有利于我们从问题的角度看待目前复合材料应用当中存在的不足。因而我们要加强对于整个飞机机翼结构的相应非线性有限元计算，从而分析整个复合材料的弯曲稳定性。

参考文献：

[1]任涛，李凤明，赵磊.亚音速气流中复合材料层合板结构气动弹性稳定性分析[J].北京工业大学学报，2018，44（08）：1069-1074.

[2]刘文一，焦冀光.某飞行器复合材料薄壁加筋结构舱段稳定性分析[J].舰船电子工程，2016，36（02）：110-113.