考虑桥联影响的含分层损伤复合材料夹层板屈曲分析

基于Zig-Zag模型和Mindlin一阶剪切理论,给出考虑桥联影响的具有表板与芯体分层的复合材料夹层板屈曲分析有限元方法,并以单向受压下含分层复合材料夹层板为例,讨论了桥联刚度、铺设角、损伤区大小对复合材料夹层板屈曲特性的影响。通过典型算例的参数讨论发现,当桥联刚度达到某一特定值时,含损复合材料夹层板的屈曲临界力和模态出现跳跃,其中由局部失稳转为混合失稳模态时,其临界力的跳跃幅度最大,故若合理利用桥联刚度,设计可提高含损复合材料夹层板的抗屈曲能力。     

含损伤复合材料夹层板的热—机械力耦合屈曲性态

基于板的一阶剪切理论和Zig-Zag变形模型,采用有限元分析方法,研究了在热-机械力耦合作用下,含损伤复合材料夹层板的线性和非线性屈曲问题,在分析中考虑了材料热和机械性质随温度变化的特征以及表板与芯体间的界面桥联影响,并通过对典型算例的分析和讨论,说明了桥联刚度和热-机械力耦合效应对含损伤复合材料夹层板结构的屈曲性态的影响是十分显著的。     

含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析

给出了材料性质与温度有关的含分层损伤的复合材料加筋层合板的增量求解形式的有限元列式,并计算了含分层损伤的加筋层合板的热屈曲问题．计算结果表明,材料性质随温度变化的特征、加筋形式和分层大小对加筋层合板的热屈曲温度有显著影响．     

含损伤复合材料AGS结构固有频率数值预测

通过共振峰法求解了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板的固有频率.分别采用复合材料板单元梁单元模拟蒙皮和肋骨,结合Adams应变能法与Rayleigh阻尼相结合的阻尼模型,并引入Hertz型非线性接触单元模型来避免上、下子板间的嵌入现象,推导了求解含损伤复合材料格栅加筋结构动力响应的有限元列式.在上述模型和理论基础上,首先采用精细积分法求解含损伤AGS结构的动力响应,再由外载频率与板内最大动挠度曲线的峰值确定结构的各阶固有频率,从而为蒙皮含分层损伤AGS结构固有频率的数值预测提供了一个较为有效的途径.     

板芯脱黏损伤对复合材料蜂窝夹层结构振动特性的影响

板芯界面脱黏是复合材料蜂窝夹层结构最常见的损伤,对其开展振动分析具有科学价值和工程意义.基于蜂窝芯材的细观构造,利用有限元软件ANSYS建立了复合材料蜂窝夹层结构的有限元模型,研究脱黏损伤的尺寸和位置对振动特性的影响.结果表明:脱黏损伤使蜂窝夹层结构的固有频率降低;损伤尺寸越大,固有频率越低;损伤位于结构中部时4阶固有频率最低,其余各阶固有频率随着损伤越接近固支端而越低;损伤尺寸和损伤位置对不同阶振动模态的影响程度不同.研究方法和结论为此类结构的损伤检测以及损伤容限设计与分析提供了必要的参考依据.     

基于板-块体模型的空腹夹层板有限元分析

根据空腹夹层板的构造特点，提出了基于板－块体元模型的空腹夹板有限元分析方法。推导了相关有限元列式，通过一实际工程的分析比较，得到一些有价值的结论。     

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透试验与失效机理

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透损伤的失效机理,对具有3层平面编织复合材料面板的蜂窝夹层板试验件进行了多种能量的冲击试验.并在考虑了面板材料的渐进失效以及面内剪切非线性应力应变关系基础上,运用LS-DYNA有限元分析软件建立了夹层板的数值模型,用以分析失效过程.结果 表明,数值模拟结果与试验结果一致.上面板穿透或整体贯穿时面板均呈花瓣状裂开,前者蜂窝以压溃损伤为主,后者则额外产生蜂窝芯体与下面板间的界面脱粘以及蜂窝壁的断裂损伤.无面板穿透时,冲击接触力将保持纤维断裂损伤阈值力大小直至冲头回弹;面板穿透则使冲击区域刚度下降,接触力随之下降,其中板整体贯穿时接触力会出现两个峰值.薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透过程中的主要能量耗散在复合材料面板的纤维拉伸断裂,蜂窝的压溃和断裂过程也消耗部分能量.     

分层损伤复合材料加筋层合板屈曲和后屈曲性态研究

基于板的一阶剪切理论和Von—Karman大挠度理论，提出了合嵌入分层的复合材料加筋层合板在受压缩荷载作用下的前、后屈曲分析的有限元方法，并推导了相应的有限元列式，分析中还考虑了分层前缘的闭合接触效应．通过典型算例，研究了复合材料加筋层合板的屈曲和后屈曲性态与加强筋的分布、分层形状、分层位置及分层大小等因素的关系．     

正交加筋复合材料夹层板的自由振动求解

均质正交加筋芯材基于一阶剪切理论,采用δ函数描述其非连续性;复合材料面板采用Kirchhoff假设,以上、下面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过哈密顿原理推导了正交加筋复合材料夹层板的动力学控制方程.采用级数解的形式近似求解了四边简支正交加筋复合材料夹层板的自由振动问题,通过夹层板固有频率数值仿真验证了理论推导的正确性.考虑复合材料面板的阻尼损耗,讨论了面板厚度、筋材薄壁厚度、高度、加筋间距对夹层板固有频率和结构损耗因子的影响规律.结果表明,当面密度相同时,改变筋材薄壁厚度或加筋间距对结构固有频率值无影响.     

轴向压力下功能梯度夹层圆柱曲板的屈曲分析

基于Reissner假设,研究了四边简支的功能梯度夹层圆柱曲板在轴向载荷作用下的屈曲问题.首先,根据功能梯度材料的本构方程,得出了芯材和表层的应力、位移及内力表达式;然后,根据曲板的平衡方程和协调方程,引用应力函数,得到了功能梯度夹层圆柱曲板的方程式;最后,将挠度、横向剪力及应力函数用双三角级数展开,给出了功能梯度夹层圆柱曲板轴向屈曲载荷的计算式.在算例中,通过与经典解及有限元解进行比较,证明了本文方法的正确性,并且分析了芯材上下表层弹性模量比及体积分数指数对功能梯度夹层板轴向屈曲载荷的影响.     

高速磁悬浮车辆复合板抗冰雹冲击动力响应研究

为解决高速磁悬浮的抗冲击问题,建立了磁悬浮列车车身夹芯复合板的有限元模型和冰雹的SPH粒子模型,利用大型动力有限元分析软件LS-DYNA,模拟了列车高速行进过程中车身复合板遭受冰雹冲击的动力响应及损伤破坏问题.通过分析研究,给出了不同冲击速度下的复合结构的应力、应变计算结果,同时给出了冲击破坏模式.结果表明采用SPH方法模拟冰雹冲击行为具有合理性和准确性.      

芯板垂向可压缩夹层板有限元建模及声辐射性能分析

针对以往夹层板理论大多忽略芯板的垂向应变这一不足,构造了一种考虑芯板垂向可压缩变形的夹层板位移模式,并推导了相应的有限元单元及控制方程,求解了夹层板动力响应,进而利用有限元结果通过边界元法求解了一定频率范围内的夹层板声辐射功率,分析了芯板几何物理参数对夹层板声辐射性能的影响.结果表明,考虑芯板垂向可压缩变形在夹层板声辐射性能研究中是合理的,也是必要的;在一定范围内增加芯板厚度、降低其弹性模量均可减小夹层板单点简谐激励下的声辐射水平.     

基于传递函数的含损伤复合材料加筋板振动

研究了具有基板嵌入分层损伤和筋板脱粘损伤的复合材料加筋层合板的振动特性。根据层合板和层合梁的一阶理论,结合Adams应变能法的模态阻尼模型,建立了含损伤复合材料加筋板动力分析的有限元方法,开发了相应的有限元分析软件。通过典型数值算例的计算结果,分别讨论了具有基板分层和筋、板间脱粘的复合材料加筋板损伤尺度和损伤位置对板的传递函数的影响,得到含不同类型和尺度的含损伤复合材料加筋板的振动特征。     

复合材料夹层板动态特性的有限元分析

采用考虑复合材料叠层板一阶剪切变形的位移模式，推导了复合材料夹层板自由振动的有限元公式，并提出了处理阻尼问题的方法。数值结果与实验的对比表明，这一方法是合理而有效的。     

具芳纶短纤维增韧界面的碳纤维夹芯结构性能、机理和分析

碳纤维夹芯结构常用作航空航天、交通车辆等运载工具的主承力结构,这类结构在服役过程中容易发生界面开裂,继而引发大面积脱粘、面板局部屈曲等破坏模式,严重影响结构的安全.使用芳纶短纤维对碳纤维夹芯结构的面-芯界面进行增韧,在夹芯结构制备过程中,在界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过芳纶短纤维的桥联作用,提高界面的粘接性能.首先通过弯曲和压缩实验,对比了增韧和未增韧夹芯结构的荷载-位移曲线、破坏模式等响应,发现芳纶短纤维界面增韧可以大幅提高碳纤维夹芯结构的各项力学性能.其次,基于非对称双悬臂梁实验和扫描电镜观测,分析了芳纶短纤维的增韧效果和增韧机理.最后,基于均匀弹性材料裂纹的奇异性解和界面裂纹尖端的位移震荡解,建立了考虑界面裂纹尖端复杂应力场的扩展有限元单元,模拟了碳纤维夹芯试件的界面开裂过程.以上研究工作有助于揭示芳纶短纤维增韧界面的断裂机理,建立界面增韧参数设计方法,提高碳纤维夹芯结构的力学性能,并为结构的健康诊断和工艺改进提供科学依据.     

颗粒增强复合材料有效模量的Voronoi单元有限元法分析

Voronoi单元有限元法在计算多相复合材料时比普通位移有限元法效率高,并且能够反映夹杂分布的随机性.用考虑界面脱层的Voronoi单元有限元法对代表性体积单元进行模拟得到应力场,再用直接均匀化方法进行平均,得到能够反映界面脱层对材料有效性能影响的平均应力-应变曲线和有效弹性模量.利用编写的可以对含任意夹杂代表性体积单元进行大规模计算的程序,对多个模型进行了数值模拟,分析了夹杂的形状、体积分数、空间分布等因素对材料有效弹性模量的影响,结果表明:具有较大有效弹性模量的模型一般在界面处有较大的应力集中,在加载过程中较早发生界面脱层.     

正交异性板的后屈曲和Karman型精化理论

基于Ｋａｒｍａｎ型正交异性板的精化理论，本文采用挠度型摄动技术研究了复合构造矩形板的屈曲与后屈曲性态。分析中应用了由该理论导出的广义大挠度Ｋａｒｍａｎ方程，不仅考虑横向剪切，而且包含因材料指向性引起的剪弯相互作用。用此摄动技术构造出了四边简支正交异性中厚板和夹层板的后屈曲路径高阶渐展开式。通过比较可以看出，当前计算结果更接近相应的三维弹性理论精确解。