基于CFRP等刚度设计的全模态等刚度验证

等刚度验证是各种工程结构进行材料替换的重要依据,本文通过对钢制异型圆管进行碳纤维增强复合材料(CFRP)等刚度设计及验证,得到了一种高效可靠的等刚度验证方法。首先,通过理论计算得到异型圆管结构在不同受载工况下的变形结果,并分析了变形的影响因素及其影响程度;其次,选用CFRP和钢材作为等刚度设计对象,依据异型管的理论变形结果和等刚度设计原则,设计得到了满足等刚度要求的CFRP异型管和钢制异型管;最后,提出了一种高效可靠的等刚度验证方法——模态验证法,依据理论推导所得出的等刚度的验证条件,对已经满足等刚度要求的CFRP异型管和钢制异型管进行等刚度验证,结果表明CFRP异型管和钢制异型管能够满足该等刚度验证条件,进而验证了该方法的有效性。相较于以往的多工况加载验证方法,等刚度模态验证法主要的优势在于:①分析过程简单,只需对替代件和原件进行模态分析,就能够大幅度提高验证效率;②与结构本身的受载工况无关,能够适用于变载结构件的等刚度验证;③以结构的刚度矩阵相等为理论基础,验证结果更为可靠,能实现真正意义上的全方位等刚度验证。