复合材料加筋圆柱壳分支屈曲研究

考虑铺层的耦合效应和筋条的扭转效应，推导了复合材料加筋层合柱壳的稳定性计算公式，研究了加筋柱壳各项设计参数对屈曲性能的影响．由计算结果总结的规律可以指导复合材料铺层设计和选择结构形式，并为定量计算提供理论依据     

复合材料锥柱结合壳的自由振动分析

用改进的传递矩阵法分析了变厚度的复合材料锥柱结合壳的自由振动问题，推广了传递矩阵法，导出了每一个壳元的封闭形式的传递矩阵，对于正交对称铺层的层薄壳，其一阶微分方程可以传递矩阵法表示。     

复合材料锥柱结合壳的自由振动分析

用改进的传递矩阵法分析了变厚度的复合材料锥柱结合壳的自由振动问题，推广了传递矩阵法，导出了每一个壳元的封闭形式的传递矩阵．对于正交对称铺层的层合薄壳，其一阶微分方程可以采用传递矩阵法表示．     

大学生方程式赛车复合材料单体壳车身优化

采用碳纤维和铝蜂窝板为车身主材,对大学生方程式(FSAE)赛车进行了单体壳车身的设计.对比选择了合适的碳纤维复合材料,对单体壳车身的铺层设置先后进行了自由尺寸优化、尺寸优化和铺层优化仿真,并进行了剪切强度和弯曲刚度校核.结果表明,所设计的碳纤维单体壳车身总重24.3kg,比钢制车架车身质量降低34%,同时车身扭转刚度和弯曲强度达到参考钢制车身指标.通过铺层方向、铺层顺序和铺层数量的合理匹配,可使碳纤维复合材料拥有超过钢制产品的力学性能.     

基于铺层参数的复合材料耐压壳协同优化设计

在给定的材料性能条件下,以耐压壳纤维体积分数和层合板厚度为设计变量,以结构质量最小为优化目标进行复合材料耐压壳的布局优化;以铺层参数作为优化变量,综合考虑结构的稳定性及其材料强度,实现了结构铺层方式的优化设计;通过协调各子系统优化结果,实现了适用于潜水器复合材料耐压壳结构/材料一体化的协同优化设计.结果表明:耐压壳结构质量较优化前的降幅为20.57%,临界失稳压力为30.78MPa,失效指数为0.675,优化结果达到预期效果.所提出的基于铺层参数的协同优化方法能够对复合材料耐压壳进行优化设计,解决了直接以铺层角作为设计变量的优化效率低的问题.     

正交层合壳屈曲问题中相似性的探讨

给出圆柱薄层壳屈曲的临界载荷,编制了计算程序;探讨了正交铺层的复合材料层合壳在屈曲问题中的某些相似特征,根据模型和原型间在几何上或材料上的相似比,预测出原型的屈曲临界载荷,为复杂结构的参数化设计及研究奠定了基础。     

基于Hypersizer的复合材料结构铺层设计和铺层过渡设计

针对复合材料各向异性严重导致设计困难的问题,采用复合材料结构分析与设计软件Hypersizer建立模型,进行铺层设计和铺层过渡设计。首先,将仿真模型划分成不同的设计区域,根据不同设计区域的受载情况进行分析计算,设计铺层厚度、铺层比例和铺层顺序。接着在铺层过渡区设计铺层递减方式,并按照铺层设计原则重新调整原先的铺层。最终得出满足符合工程实际要求的最佳铺层和铺层过渡。     

一种特殊三维层叠应力杂交元模型研究

在原有高精度三维层叠应力杂交元模型基础上，针对铺层不连续复合材料结构进行分析，引入锲体子层单元来模拟铺层间断处基体过渡段，建立起新型端面节点数不同的层叠杂交元模型，该模型继承了原来层叠杂交元所具有的层间应力连续性，能在结构整体计算时兼顾局部应力集中影响的特点，同时直接将层叠应力杂交元的应用扩展到铺层不连续复合材料结构的层裂效应计算．数值计算结果表明，该模型具有很好的收敛性，计算精度较高，适合工程计算应用，具有一定的理论研究和实用价值     

双曲壳结构复合材料的热临界屈曲温度分析

以双曲壳结构复合材料为研究对象,利用有限元Block-Lanczos研究分析法对复合材料层合双曲壳结构在温度场下热屈曲行为进行研究,并研究了复合材料层合双曲壳铺层厚度、边界条件、纤维方向等对临界屈曲温度的影响。结果表明:在均匀温度场下复合材料层合双曲壳临界屈曲温度与边界条件、铺层厚度、纤维方向有密切关系并成一定规律分布。通过对复合材料双曲壳结构的热屈曲性能分析,为复合材料结构设计和实际工程应用提供了一种有效的分析及建模方法。     

一种特殊三维层叠应力杂交元模型研究

在原有高精度三维层叠应力杂交元模型基础上，针对铺层不连续复合材料结构进行分析，引入锲体子层单元来模拟铺层间断处基体过渡段，建立起新型端面节点数不同的层叠杂交元模型，该模型继承了原来层叠杂交元所具有的层间应力连续性，能在结构整体计算时兼顾局部应力集中影响的特点，同时直接将层叠应力杂交元的应用扩展到铺层不连续复合材料结构的层裂效应计算，数值计算结果表明，该模型具有很好的收敛性，计算精度较高，适合工程计     

先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析

基于精细三角形Mindlin板单元构造了用于先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析的三角形复合材料加筋平面壳单元.肋骨和蒙皮采用了相同位移插值形函数,保证两者变形协调性的同时,又放松了肋骨转动的约束.肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网榕剖分带来了很大便利.通过算例验证了该协调独立转角加筋板壳单元的有效性,特别是在分析高肋格栅结构时有较高的精度.最后分析了内外加筋形式对等格栅加筋柱壳稳定性的影响.     

复合材料开孔加筋壁板结构剪切试验与数值分析

对复合材料开孔加筋壁板进行了剪切试验。基于逐渐损伤失效分析方法,建立了开孔加筋壁板的三维有限元模型。对壁板进行了应力分析,得到了各铺层的应力分布图和壁板孔边沿厚度方向的应力分布图。实现了逐渐失效扩展过程的仿真分析。计算了壁板的最终失效载荷,计算值与试验值误差为12.3%。     

CFRP-TRB超混杂复合汽车B柱结构的优化设计

B柱是汽车的关键承载结构件之一。为了提高某轿车的侧面碰撞性能并实现B柱轻量化设计,结合汽车B柱的结构特点以及不同材料的特性,设计一种碳纤维增强复合材料(CFRP)-差厚钢板(TRB)复合B柱结构。将传统B柱中部加强板去除,B柱外板设计为差厚板的同时在其内侧局部铺贴碳纤维增强复合材料。基于Optistruct对该复合B柱内外板的厚度分布以及复合材料的铺层顺序及铺层厚度进行了优化设计。整车侧面碰撞模拟结果表明,在满足制造工艺要求的条件下,新型超混杂复合B柱结构达到了27.7%的轻量化效果,并同时提高了侧面碰撞的耐撞性。     

具脱层复合材料层合圆柱壳的屈曲分析

研究了具有环向贯穿脱层圆柱壳的屈曲问题．首先基于Donnell薄壳理论和初始后屈曲理论的相邻平衡准则,建立了复合材料脱层圆柱壳的屈曲微分方程以及相应的边界条件、位移连续条件和力平衡条件．然后采用分离变量法对方程求解,讨论了脱层大小、深度、位置以及复合材料纤维铺层方向对脱层圆柱壳屈曲载荷的影响．结果表明：脱层长度越大、越靠近壳的外表和壳的轴向中心,结构的屈曲载荷越低;另外,对复合材料脱层壳而言,纤维铺层方向对结构屈曲载荷的影响也较大．     

复合材料层合圆柱壳的径向脉冲屈曲

针对无限长复合材料导合圆柱柱壳或圆环受均匀性向脉冲冲击作用下的动力屈曲，采用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程导出包含横向剪为形和转动惯量的屈曲控制方程，由四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法所得的数值结果，寻找占优屈曲模态数及对应于允许初缺陷放大值时的临界冲击速度，通过算列，讨论了横向剪切变形，转动惯量，铺层角度等因素对角铺设层圆柱壳动力工的影响。     

轴对称壳体胶连接头粘弹性应力分析

基于Ｓｃｈａｐｅｒｙ单积分本构关系，推导了复合材料屈合壳和胶层材料的线性粘弹性本构关系，给出了轴对称复合材料壳体胶连接头粘弹性有限元分析程序。通过数值计算，对考虑粘弹性效应后胶层中的应力分布进行了讨论，得到了一些有益结果。     

考虑几何缺陷的轴压双层蒙皮加筋柱壳结构设计

将点阵结构引入薄壁筒壳结构的壁面构型中,构建双层蒙皮加筋柱壳结构.应用点阵结构的高比刚度、高比强度等优良力学性能,提高薄壁筒壳结构的轴压极限承载力.双层蒙皮网格加筋柱壳结构是在传统网格加筋结构的内侧增加一层蒙皮,使得该网格加筋结构的横截面为"工"字型,提高了该结构抗弯刚度,进而提高了结构的轴压承载力.针对双层蒙皮网格加筋结构,本文开展了基于模态缺陷和基于单点凹陷的缺陷敏感性分析,对比分析双层蒙皮网格加筋结构与传统网格加筋结构的轴压承载效率.结果显示双层蒙皮网格加筋结构较传统结构具有显著的高承载力优点.进一步,本文给出了考虑几何缺陷的轴压双层蒙皮加筋柱壳结构的优化设计,最优设计有效地提高了结构折减因子,提高了结构抗缺陷能力.     

铺层角度对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度的影响

为了准确计算复合材料等效刚度,指导复合材料设计过程中铺层角度的选择。该文基于经典层合板理论,建立了考虑拉剪耦合效应的三维层合板等效刚度计算方法。基于该方法对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度随铺层角的变化趋势进行了分析,结果显示:随着铺层角θ_1的增加,铺层方式为(θ_1)_(25)/(θ_2)_(25)的层合板的面内轴向刚度E_x、横向刚度E_y的变化曲线包含变化率显著不同的两个阶段;法向刚度E_z呈正弦变化趋势且当正交铺层时有最大值;面内剪切刚度G_(xy)在θ_1=45°且θ_2=135°时有最大值;面外剪切刚度G_(xz)和G_(yz)变化曲线关于θ_2=90°对称。通过比较层合板与单向板等效刚度发现,选择合适的铺层角度组合能够有效提高结构的法向刚度和面内剪切刚度。     

RoadMesh钢丝网加筋AC+PCC复合式路面结构力学分析

通过建立AC+PCC复合式路面结构三维有限元模型,基于正交试验设计选取计算参数组合,分析了RoadMesh钢丝网层间加筋前后的路表弯沉值l、AC加铺层层底的最大拉应力σa和最大剪切应力τa及PCC板顶最大弯沉差Δl等4个主要力学响应的变化规律。研究结果表明,在高等级公路中,标准轴载作用的最不利荷位为4块PCC板相交的板角处;RoadMesh加筋后对l的减小幅度不大,设计时可忽略其对弯沉的作用;RoadMesh加筋后σa,τa和Δl都较加筋前有明显的降低,且使σa和τa分布更均匀,并减小了下承层对τa的影响,但Δl对PCC板和接缝的敏感性增加,显示了其阻裂效应。因此,RoadMesh钢丝网加筋可有效阻止AC加铺层的应力集中并加强层间结合,从而提高了AC+PCC复合式路面结构的抗反射开裂和抗剪切推移能力。     

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．