2020年1月9日，結(jié)構(gòu)工程研究領(lǐng)域著名期刊《Thin-Walled Structures》發(fā)表了上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院工程力學(xué)系喬丕忠教授課題組的研究成果“A novel semi-analytical method for buckling analysis of stiffened laminated composite plates”。該研究獨(dú)特地利用Heaviside函數(shù)來處理加筋板中的材料和幾何形狀不連續(xù)性問題，推導(dǎo)出了復(fù)合材料加筋壁板屈曲載荷的半解析解，首次創(chuàng)新地解決了工程實(shí)際中經(jīng)典的力學(xué)問題。評審人一致認(rèn)為該研究為經(jīng)典問題提供了一獨(dú)特的創(chuàng)新思路。
圖1：復(fù)合材料加筋壁板的總體和局部屈曲模態(tài)獲取
加強(qiáng)筋板殼結(jié)構(gòu)在船舶海洋、土木水利、航空航天工程的薄壁結(jié)構(gòu)中十分常見。筋條附著于薄壁結(jié)構(gòu)上，可以極大地提高構(gòu)件的承載能力。復(fù)合材料由于其比強(qiáng)度高、比模量大、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在工程實(shí)際中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，因此復(fù)合材料加筋壁板的穩(wěn)定性問題受到了國內(nèi)外諸多學(xué)者的關(guān)注。由于復(fù)雜的幾何形狀和材料的非線性，該問題多利用有限元進(jìn)行求解。但通過有限元方法來研究其材料參數(shù)、幾何參數(shù)的影響時(shí)，過程缺乏物理意義，并且十分耗時(shí)。
現(xiàn)有常規(guī)的處理筋條的方法主要分為Smear方法和離散板方法，其中Smear方法對筋條數(shù)目有要求，而離散板方法計(jì)算量大，所以亟待提出一種新的方法對加強(qiáng)筋進(jìn)行處理。研究團(tuán)隊(duì)通過將加強(qiáng)筋部分視為局部剛度增強(qiáng)，獨(dú)特地利用Heaviside函數(shù)對加筋壁板進(jìn)行連接，建立了加筋板的等效模型。并基于伽遼金方法完成了對復(fù)合材料加筋壁板在任意邊界條件下的屈曲問題的研究。該方法對于加強(qiáng)筋的數(shù)目、形狀、材料參數(shù)等均沒有限制，且總體（global）和局部（local）屈曲均能獲取（如圖1），極大拓展了復(fù)合材料加筋壁板的穩(wěn)定性研究能力。
該論文的第一作者是黃思馨博士研究生，通信作者為喬丕忠教授。該項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和中國商飛的資助。
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