复合材料层合板热屈曲研究：温度场与边界条件影响

"该研究基于经典冯·卡门平板理论，使用哈密顿原理，对复合材料层合板在不同温度场中的热屈曲行为进行了深入分析，关注了边界条件和铺层角度对临界屈曲温度的影响。通过ANSYS软件的数值模拟，结果与MATLAB软件计算结果吻合，证实了理论的正确性和计算程序的可靠性。研究发现，在均匀温度场中，层合板的临界屈曲温度取决于边界条件和铺层的几何角度；而在非均匀温度场下，屈曲温度受温度分布、振动模式及边界条件的共同作用。这些发现对于理解和预测复合材料在热环境下的结构稳定性具有重要意义。" 在复合材料科学与工程领域，层合板因其独特的性能和广泛的应用而备受关注。热屈曲是层合板在受热时可能出现的一种重要失效形式，可能导致结构的性能下降或丧失。本研究中，经典冯·卡门平板理论被用来描述层合板在热载荷下的弯曲行为，这是一种考虑了板中应力和应变的非线性关系的理论。哈密顿原理则是一种能量方法，通过最小化系统的泛函来求解动力学问题，它在这里用于推导热屈曲的方程。 在均匀温度场下，层合板的热屈曲临界温度分析揭示了边界条件的重要角色。不同的边界约束会改变板内的应力分布，从而影响其屈曲特性。此外，铺层角度的选择也对热屈曲有显著影响，因为不同的角度会导致层间应力分布的差异，影响层合板的热响应。 非均匀温度场的分析更加复杂，因为它引入了温度场的不规则性。这种情况下，层合板的临界屈曲温度不仅与边界条件有关，还与温度的分布模式紧密关联。振动模式的考虑进一步增加了问题的复杂性，因为它涉及板的动态响应。研究表明，温度的非均匀分布可以导致局部应力集中，进而影响层合板的屈曲行为。 通过ANSYS软件的数值模拟，研究人员得以验证了理论计算的准确性和程序的有效性。ANSYS是一款强大的有限元分析工具，能够处理复杂的工程问题，包括热力耦合问题。其结果与MATLAB软件的一致性为理论分析提供了有力支持。 这项工作对于理解复合材料层合板在实际应用中可能遇到的热环境挑战具有实际意义。设计者和工程师可以利用这些发现优化材料的铺层策略和结构设计，以提高其在高温环境下的稳定性和耐久性。未来的研究可能会进一步探讨温度场的动态变化、材料的热膨胀系数以及不同热载荷下的疲劳寿命等问题，以深化对复合材料层合板热屈曲行为的理解。