复合材料层合梁接触问题的线性化与能量解法

本文将非线性的接触问题线性化,即假设已知带可调参数的接触区载荷分布模态以及接触区宽度,再反求圆柱压头的半径。首先根据叠加原理将受力状态分解成对称和反对称状态,然后用正交完备的三角级数和勒让德级数构造这两种受力状态的位移场,并应用最小势能原理确定位移场中的待定系数,从而确定层合梁的位移场和应力场。载荷分布模态中的可调参数可根据接触区表面的位移协调条件确定,从而求得圆柱压头的半径。最后,由于在给定接触区的条件下压头曲率与压头合力成正比,故可以得到压头曲率在不同的接触区下随载荷变化的直线族。根据这些直线族,可以由已知的压头曲率和外载荷确定接触区尺寸。计算结果显示,这种解法的收敛性非常好。根据物理方程与根据平衡方程得到的层合梁剪应力分布的一致性非常好。而且,在远离接触区处的应力分布同经典层合梁理论结果的一致性也非常好。