织复合材料圆柱壳的扭转后屈曲分析

第２９卷第２期力学季刊Ｖｏｌ。２９Ｎｏ．２２００８年６月ＣＨＩＮＥＳＥＱＵＡＲＴＥＲＬＹＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＳＪｕｎｅ２００８

三维编织复合材料圆柱壳的扭转后屈曲分析

李志敏１’２，胡海３

（１．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海２０００３０；２．上海交通大学空天科学技术研究院，上海２００２４０；

３．浙江纺织服装职业技术学院机电与信息工程分院，宁波３１５２１１）

摘要：随着三维编织复合材料应用的日益广泛，且由于三维编织复合材料的优异性能是与细观结构密切相关

的，深入研究其细观结构显得尤为重要。本文通过研究三维圆型编织中所形成的空间纱线交织结构的特征，给

出改进的三胞结构单胞模型，通过单胞的组装和变换，得到编织预制件的整体力学性能模型。基于Ｒｅｄｄｙ高阶

剪切变形理论导得广义Ｋｊｒｍｊｎ型大挠度方程，计及边界层效应，采用奇异摄动法，考虑非线性前屈曲、大挠度

和初始几何缺陷的影响，给出三维四向编织复合材料圆柱壳在扭转载荷作用下的严格满足边界条件的大挠度渐

近解，讨论了纤维体积含量、编织角和几何参数等因素对圆柱壳屈曲和后屈曲行为的影响。

关键词：编织复合材料；扭转；后屈曲分析；奇异摄动

中图分类号：ＴＵ３１１．２文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—００５３（２００８）０２－３１９—１０

ＰｏｓｔｂｕｃｋｌｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｈｒｅｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＢｒａｉｄｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅ

ＣＶＩ．ｎｄｒｉｃａｌＳｈｅｌｌｓｕｎｄｅｒＴｏｒｓｉｏｎ

ＬＩＺｈｉ．ｍｉｎｌ，－。日ＵＨａｌ３

（１．ＯｃｅａｎａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００３０ Ｃｈｉｎａ；

２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；

３．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＺｈｅｊｉｎａｇＴｅｘｔｉｌｅ＆ＦａｓｈｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，Ｎｉｎｇｂｏ３１５２１１，Ｃｈｉｎａ）

ｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｂｒａｉｄｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｔｈｅｂｒａｉｄｉｎｇｙａｒｎｉｓｔｅｎｄｅｄｔｏｍｏｖｅａｌｏｎｇｔｈｅｄｉ—

ｏｆｉｔｓｃａｒｒｉｅｒｍｏｖｅｍｅｎｔ．Ａ３一ｃｅｌｌａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｅｌａｓｔｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｓａｎｄｔｏａｎａｌｙｚｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｂｒａｉｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．

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ｗｏｒｄｓ：ｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｔｏｒｓｉｏｎ；ｐｏｓｔｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｉｎｇｕｌａｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

三维编织复合材料是一种新的网状结构复合材料，它以整体编织预成型件作为增强材料，不需缝合和收稿日期：２００７－０７－０２

基金项目：国家自然科学基金项目（５０３７５０９１）作者简介：李志敏（１９７４一）．男，黑龙江人．博士生．研究方向：结构非线性稳定性理论

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｒｅｃｔｉｏｎａｎｄＰｏｓｔｂｕｃｋｌｉｎｇｌｅｎｇｔｈｓｈｅｌｌｍｅｔｒｉｃａｌｈａｖｉｏｒｓｈｅｌｌｓａｎｄｏｆＫｅｙ机械加工，既具有明显的性能可设计性，又具有良好的综合性能指标，如较高的强度、刚度和较好的抗冲击