[发明专利]一种周期结构多轴加载屈曲行为预测方法

说明书

本发明公开了一种周期结构多轴加载屈曲行为预测方法，方法包括步骤S1：简化周期结构计算模型；S2：假设周期屈曲变形侧向挠度曲线；S3：引入周期结构传递因子；S4：计算周期结构理论临界屈曲应变S5:计算周期结构实际临界屈曲应变；S6：绘制周期结构的屈曲应变误差曲线；S7：判断周期结构是否存在不同模态转变，以确定理论临界屈曲应变计算公式的应用范围。本发明提出了一种周期结构多轴加载屈曲行为预测方法，能够准确地计算出周期结构多轴加载下的临界屈曲应变并确定计算方法的适用范围。

技术领域

本发明涉及周期结构和计算力学技术领域，具体地指一种周期 结构多轴加载屈曲行为预测方法。

背景技术

周期结构是指对二维或三维结构进行周期性开孔所得到的新结 构。周期结构在不同的加载组合下会发生显著的可逆变形，包括机械 载荷、膨胀、温度和电信号的变化等。周期结构众多独特的性能为周 期结构在众多不同领域中的广泛应用奠定了基础。在材料、结构和力 学等领域，利用裁剪块状材料或完整薄膜的思路设计不同孔洞排列模 式以获得具有特定性质的光子学、声子学和力学性能的周期结构是非 常常见的。利用不同开孔形状设计的不同开孔结构可以使超轻材料具 有高强度或高延展性、调节带隙的能力、高比能吸收性能，改变光学 性质的能力、控制热流传播的能力、负泊松比或负刚度特性、以及具 有良好抗冲击和隔热与隔振性能。

周期结构的理论研究依然只能进行定性分析，无法完全通过解析 解去解决周期结构在实际应用中的问题。然而，结构的临界屈曲应变 的计算是周期结构在实际应用过程中必须解决的一个重要问题，因此， 需要提出新的周期结构多轴加载屈曲行为预测方法。

发明内容

针对上述背景技术存在的不足之处，本发明提出了一种周期结构 多轴加载屈曲行为预测方法，能够准确地计算出周期结构多轴加载下 的临界屈曲应变，并确定计算方法的适用范围。

为实现上述目的，本发明所设计的一种周期结构多轴加载屈曲行 为预测方法，其特殊之处在于，所述方法包括：

步骤S1：根据周期结构的开孔方式设计简化计算模型；

步骤S2：根据周期结构预期得到的变形结果进行假设，基于不同 结果、不同加载组合计算周期结构的屈曲变形侧向挠度曲线；

步骤S3：引入周期结构的传递因子；

步骤S4：计算周期结构的理论临界屈曲应变；

步骤S5：计算周期结构的实际临界屈曲应变；

步骤S6：绘制屈曲应变误差曲线，所述屈曲应变误差曲线为周期 结构理论屈曲应变和有限元软件计算得到的周期结构屈曲应变两者 之间的误差曲线；

步骤S7：判断周期结构是否存在不同模态转变，以确定理论临界 屈曲应变计算公式的应用范围：未出现模态转变控制点则表明所述理 论临界屈曲应变的计算过程是适用的，流程结束；

出现模态转变控制点则表明：在模态转变控制点之前，所述理论 临界屈曲应变计算过程适用，在转变控制点之后，所述理论临界屈曲 应变计算过程不适用，返回步骤S2调整假设条件重新计算。

优选地，步骤S1中设计简化计算模型的方法为将周期结构简化 成代表性体积单元；将周期结构各孔壁转化为代表性计算单元；将周 期结构孔壁简化为变截面杆单元；将周期结构水平方向加载位移量的 影响转变成在结构的竖向杆件上施加的初始缺陷；得到周期结构化简 后的变截面杆受压模型。

优选地，步骤S2中周期结构受到双轴加载，以双轴等比受压时的 屈曲变形方式假设结构的侧向挠度曲线，屈曲变形侧向挠度曲线的公 式为：

其中，ω(x)表示结构的侧向挠度曲线公式，C和m为常数，L表示 竖向杆件的计算长度，x表示杆件计算点距离节点的距离。