【技术实现步骤摘要】
非均匀温度场作用下热屈曲和后屈曲显式快速分析方法
本专利技术涉及热屈曲和后屈曲分析
，具体是非均匀温度场作用下热屈曲和后屈曲显式快速分析方法。
技术介绍
复合材料结构具有很高的比强度和比模量(刚度)以及良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性等优点。随着制造工艺的改进，复合材料的各项性能指标不断提高，越来越多航空航天和船舶海洋工程结构中的主要受力构件已由复合材料制造，尤其是复合材料加筋圆柱壳结构在工程结构中经常被用作承载部件。随着复合材料在工程结构中的应用日趋广泛，其会在复杂内外载荷作用下产生屈曲而出现承载能力下降甚至破坏的情况。通常，在结构与材料设计过程中，既要考虑材料不同铺层情况引起的刚度差异，又要考虑结构拉
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弯、弯
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扭和拉
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扭耦合变形、横向剪切效应和热效应的影响，需要在更一般的意义上讨论各向异性复合材料加筋圆柱壳的屈曲和后屈曲行为。因此，复合材料结构的屈曲问题一直受到工程设计人员的广泛关注。复合材料圆柱壳通过加筋以提高强度和刚度，整体结构形式简单、承载能力大幅...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非均匀温度场作用下热屈曲和后屈曲显式快速分析方法，用于包含精确曲率表达的复合材料加筋壳体，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获得加筋圆柱壳横向剪切应变沿壳厚方向呈抛物线规律分布的位移
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应变关系；步骤2：将加筋板等效为变刚度板结构，即为局部加筋部分对应的板结构刚度叠加筋条的影响，考虑筋条刚度增量；步骤3：根据纯弯曲条件下板结构的弯曲中性面上的应力为零，即可确定局部中性面高度h0；步骤4：将无筋条区域和有加筋区域的刚度系数合并为变刚度函数；同时为保证刚度系数矩阵关于位置坐标的可导性，引入双曲正切函数对变刚度系数矩阵进行平滑过渡；步骤5：根据上述复合材料加筋板的等效本构关系，得到一般铺设条件下加筋圆柱壳体结构内力和弯矩表达式；步骤6：根据Hamilton原理，使用Euler
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Lagrange方程，得到复合材料加筋圆柱壳体平衡微分方程；步骤7：引入一般形式初始缺陷表达，将平衡微分方程进行无量纲化处理，引入具有明显的物理意义的小参数ε，即它与壳体的等效长度几何参数成反比；当ε<1，复合材料加筋圆柱壳体平衡微分方程即为边界层型方程；步骤8：使用奇异摄动方法进行求解，将方程的解分为正则解和边界层解；步骤9：将完全各向异性加筋圆柱壳初始缺陷数值进行处理，形成一般分布在壳体不同位置的挠度数值；步骤10：将圆柱壳外表面温度场测量结果，即按照设计方法获得离散点的温度值，通过插值技术生成外表面温度场函数，或者是圆柱壳外表面仿真结果温度场分布结果，通过变换，转化为壳体整体稳态温度场分布结果，进入平衡方程及边界条件参与圆柱壳体热屈曲和后屈曲分析；步骤11：基于稳态热传导方程其中k
i
(i＝1，2，3)为x，y，z三个方向的热传导系数；步骤12：引入圆柱壳温度场的无量纲边界条件端部ΔT(0,y,z)＝ΔT(π,y,z)＝0，内表面ΔT(x,y,h/2)＝0和外表面ΔT(x,y,
‑
h/2)＝f(x,y)，其中，f(x,y)为圆柱壳外表面温度分布函数；步骤13：利用上述热传导方程和边界条件，可以得到圆柱壳体满足边界条件的温度场结果；与此同时，考虑热效应的影响，生成热弯矩和初始挠度，代入复合材料加筋圆柱壳体平衡微分方程进行计算；步骤14：按ε的同阶次幂离散复合材料加筋圆柱壳体平衡微分方程可得到各阶摄动方程组，逐阶进行求解并合成正则解和边界层解，得到在渐近意义上严格满足固支边界条件的大挠度渐近解；在此基础上，得到挠度与转角的定量关系表达式和壳体屈曲的边界层宽度表达式，利
用本构关系获得壳体结构等效应力σ
ij
表达式；步骤15：得到无量纲挠度w与压力λ
T
和剪应力λ
s
表达的后屈曲平衡路径；步骤16：得到以无量纲的最大挠度为摄动参数的剪切圆柱壳在温度荷载作用下的后屈曲平衡路径。2.根据权利要求1所述的非均匀温度场作用下热屈曲和后屈曲显式快速分析方法，其特征在于，在步骤2中，采用矩形截面筋条，根据加筋结构坐标位置和加筋结构材料或几何参数，得到加筋区域等效的应力平衡与应变位移协调关系：式中：σ1、σ2、σ6为面内弯曲相关应力，右上角标p和s分别标记对应板材和筋条的应力变量，右下角标代表为面内弯曲变形；基于复合材料层合板...
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