奚〓蔚1,2，郑晓玲1,2，汤家力1,2，王春寿1，林德志1
(1.中国商飞上海飞机制造有限公司，上海〓201324）
（2.中国商飞上海飞机设计研究院，上海〓201210)
摘要：提出了一种基于初始扰动的蜂窝夹芯板压缩屈曲载荷分析方法。首先进行线性屈曲特征值分析；然后将分析得到的正则化节点位移乘以壁板厚度的5%作为初始扰动施加到各节点上，通过引入初始扰动来考虑构件初弯曲、载荷初偏心、截面形状不均匀或材料性质缺陷等因素的影响；最后对带扰动结构进行几何非线性静力分析，以内外面板应变变化趋势发生背离时的载荷作为屈曲载荷，对不同几何尺寸蜂窝夹芯板进行压缩试验，并用该方法进行屈曲载荷分析，预测结果与试验结果吻合较好，且预测精度较稳定，满足工程应用要求。
关键词：蜂窝夹芯板；压缩；屈曲载荷；初始扰动
中图分类号：V214.4〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2021)09-0071-05
先进碳纤维增强复合材料具有比强度高、比刚度大和可设计性强等优点，在航空结构中得到了广泛应用［1-3］。其中，蜂窝夹芯板作为一种特殊的复合材料，常用于飞机襟副翼、方向舵和升降舵等结构［4］，其承受气动和操纵载荷，受载复杂，主要失效模式为屈曲失稳［5］，因此有必要对其结构的稳定性进行研究。
唐劼尧等［6］基于连续介质损伤力学的损伤演化模型，采用试验和仿真方法对碳纤维复合材料蜂窝夹芯板的压缩稳定性进行了研究。Asprone等［7］通过设置不同的材料和厚度属性，研究了缺陷对蜂窝板稳定性的影响。Yang等［8］开发了一种简化的六边形单胞结构有限元模拟方法，对蜂窝板在轴向压缩载荷下的屈曲特性进行了预测。杜正兴等［9］进行了两种芯材厚度蜂窝板的轴压稳定性试验，采用多种工程方法和有限元方法计算了屈曲破坏载荷，通过计算结果与试验结果的对比给出了方法使用建议。张铁亮等［10］通过建立考虑芯层几何特征的有限元模型进行屈曲分析，并研究芯层几何参数对结构稳定性的影响。
本文提出了一种蜂窝夹芯板压缩屈曲载荷分析方法，该方法在有限元模型中引入初始扰动，以内外面板应变变化趋势发生背离时的载荷作为屈曲载荷，进行了不同长、宽和蜂窝高度板的压缩试验，通过将分析结果与试验结果对比，验证了方法的合理性。
1〓屈曲载荷分析方法
首先介绍3种计算方法，即工程中常用的工程法、线性有限元法，以及本文提出的基于初始扰动的非线性有限元法。
1.1〓工程法
矩形蜂窝夹芯板单轴压缩时，上下面板的屈曲临界应力为［11］：
σcri=π2K〖SX(〗Ea1t1Ea2t2〖〗(Ea1t1+Ea2t2)2〖SX)〗(〖SX(〗h〖〗b〖SX)〗)2〖SX(〗Eai〖〗λi〖SX)〗
〖JY〗(1)
式中：σcri为面板i（i=1代表上面板，i=2代表下面板）的屈曲临界应力；Eai为面板i在长度方向上的等效弹性模量；ti为面板i的厚度；h为上下面板形心间距离；b为受载边长度（即试验件宽度）；λi=1-νabiνbai，νabi和νbai分别为面板i在长度方向和宽度方向上的等效泊松比；K为屈曲载荷系数。
K的计算公式为：
K=KF+KM(2)
式中：KF为依赖于表板刚度和表板长宽比的理论系数；KM为依赖于夹层板弯曲刚度、剪切刚度及长
基金项目：国家“十三五”课题民用飞机专项科研技术研究项目(MJ-2016-F-15)〖HTH〗
作者简介：奚蔚（1986—），男，高级工程师，博士，主要研究方向为复合材料疲劳损伤容限和有限元仿真 | 
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