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．     

反对称角铺设层合板在面内双向压缩作用下的屈曲和后屈曲

本文以挠度为摄动参数,采用摄动法研究了四边简支反对称角铺设层合板在面内双向压缩作用下的屈曲和后屈曲性态.本文同时讨论了铺设角、镝层数、载荷比及初始几何缺陷对层合板屈曲和后屈曲性态的影响.     

含对称穿透分层损伤复合材料层合板准三维分析

采用以准三维模型为基础的非线性有限元,研究了具有对称穿透分层损伤的复合材料层合板在均匀面内压缩载荷作用下的后屈曲变形,并结合虚裂纹闭合技术（ＶＣＣＴ）,计算了分层前缘的层间能量释放率各型分量。数值分析表明,含对称中心分层损伤斜交铺层复合材料的层合板在压缩载荷作用下,其分层扩展能量释放率与分层子板压缩方向上的刚度有关。     

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．     

双分层损伤层合梁屈曲有限元分析

采用参考面单元技术并引入虚拟杆单元,建立了含多个分层层合梁屈曲分析的有限元模型,通过数值实验验证了模型的正确性．着重研究不同边界条件、分层尺寸和位置对双分层梁压屈载荷的影响．当对称双分层损伤层合梁的最弱子层位于上、下表面时,压屈载荷由其最弱子层确定,且双分层和相应单分层的压屈载荷有极好的一致性;而当最弱子层位于中间层时,必须考虑接触效应,其压屈载荷较相应的单分层梁有明显降低．压屈载荷的等值线图可以清晰地描述任意双分层损伤层合梁的压屈载荷随分层位置的变化规律．     

复合材料层合板表面椭圆形分层非线性屈曲分析

基于修正型Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ非线性本构模型，利用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法，研究了复合材料层合板表面椭圆形分层非线性屈曲性态．采用阻尼因子法有效地克服了非线性迭代过程中屈曲应变的振荡现象．数值结果表明：某些层合板椭圆形分层非线性临界应变与线性临界应变有明显差别．     

对称正交铺层剪切圆柱壳在外压作用下的屈曲和后屈曲

给出了对称正交铺层剪切圆柱壳广义大挠度Ｄｏｎｎｅｌ方程．采用位移型摄动技术构造出计及横向剪切圆柱壳的屈曲和后屈曲渐近级数解,运用奇异摄动技术研究了圆柱壳两端部狭窄区内的边界层效应,并构造了与边界条件匹配的边界层一致有效渐近解．应用获得的当前解计算了在侧向外压作用下三层正交铺设圆柱壳的屈曲载荷并与实验值作了比较,两者十分接近．讨论了Ｂａｔｄｏｒｆ数和初始几何缺陷对圆柱壳屈曲与后屈曲性态的影响．给出的载荷－挠度关系式表明,对称正交铺层剪切圆柱壳的初始后屈曲具有弱稳定分支点．     

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．     

缝纫对复合材料层合板分层屈曲的影响

基于包含若干分层的缝纫复合材料层合板在面内压缩载荷作用下发生屈曲破坏的机理,即厚度方向上的缝纫线被拉断,把缝纫线的极限伸长率作为层合板屈曲破坏的控制参数,采用能量的方法建立了用于预测缝纫复合材料层合板屈曲强度的理论模型.采用最小势能原理计算了缝纫及未缝纫复合材料层合板的屈曲强度.在此基础上,定义一个缝纫增强比,用一个算例证明了缝纫复合材料层合板较未缝纫复合材料层合板有更高的屈曲强度.研究了缝纫参数(包括缝纫线直径,缝纫针距和行距)对缝纫复合材料层合板屈曲强度的影响.     

高温环境对含孔复合材料层合板屈曲性能的影响

为了研究高温环境下含有不同直径大小的孔的碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能与室温环境下的屈曲性能之间的差异,首先对纵向压缩载荷作用下碳纤维增强复合材料层合板的临界屈曲载荷的计算理论进行了分析并选定了用于衡量屈曲性能的指标——最小正特征值;随后,在商业化有限元软件ABAQUS中建立了一系列含有不同孔径大小的碳纤维增强复合材料层合板的有限元模型,并通过改变材料的性能参数来模拟碳纤维增强复合材料层合板所处的温度环境.ABAQUS软件的屈曲分析结果表明:高温环境会使得碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能有所下降,且随着孔径的增大,碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能降低得越快.     

含分层损伤 AGS 起裂和扩展过程数值模拟

建立了在压缩荷载下先进复合材料格栅加筋结构(AGS)后屈曲阶段的分层起裂和扩展过程的数值模拟方法.首先,基于一阶剪切变形理论和Von Karman几何非线性关系,提出了AGS结构后屈曲有限元分析模型;其次.采用总能量释放率准则,并利用虚裂纹闭合法(VCCT)及自适应网格的生成和移动技术分析了分层损伤的扩展过程,在分析过程中考虑了分层前缘的接触效应;最后,应用OpenGL实现了分层损伤的扩展动态可视化过程.通过典型算例.讨论了肋骨与分层中心的相对位置.以及蒙皮的铺层方式对AGS结构的分层起裂和扩展过程的影响.所提方法和所得结论对AGS结构的承载能力预测将具有参考价值.     

复合材料加筋壁板长桁终止端失效分析

为了研究复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏机制,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于壁板与长桁缘条之间的脱胶损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,所建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下壁板与长桁缘条间的脱胶过程,且能较好地预测该结构的承载能力与分层面积。     

含分层损伤轴对称复合材料层合壳的高阶理论及有限元分析

提出一种轴对称旋转壳的高阶理论有限元分析模型，采用勒让德多项式逼近位移场沿轴对称壳体厚度方向的变化规律，对含分层损伤的轴对称层合壳结构，构造了一种轴对称分层损伤模型，对分层区域的弯曲刚度和横向剪切刚度作了修正。由典型算例讨论，研究了具有相同分层损伤面积层合壳的损伤分布与位置对其变形的影响。     

横向纤维搭桥下的脱层屈曲数值模拟

基于结构屈曲分析的ANSYS有限元法，在考虑横向纤维搭桥影响下，对矩形薄板的脱层屈曲进行数值模拟.结果表明：考虑纤维搭桥时，结构脱层屈曲的临界载荷大幅度提高；脱层后，屈曲模态将发生扩展并产生多个半波模态；随着约束刚度不断增大，脱层屈曲区域逐渐减小，局部屈曲的范围逐渐靠近受载端，且脱层屈曲的特征长度（半波波长）随之减小，而临界载荷值增大.     

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。     

内部分层对复合材料层合板承载能力的影响

根据含分层损伤复合材料的高阶有限元模型,分析了内部分层对复合材料层合结构的影响。分析表明,内部分层将引起层合板应力分布变化,应力值提高,由此将导致复合材料层合结构承载能力的显著下降。     

考虑接触效应的具脱层复合材料层合梁的非线性动力响应分析

基于非线性弹性梁理论，建立了考虑接触效应的具任意脱层复合材料层合梁的非线性运动控制方程．通过引入假想弹簧所算得的接触力，对系统的横向振动控制方程进行修正，有效地避免了脱层之间的相互贯穿，并给出了假想弹簧系数的计算式．整个问题采用有限差分法进行求解，算例中详细讨论了脱层的大小、深度以及载荷等因素对具脱层复合材料层合梁非线性动力响应的影响．数值计算结果表明，考虑接触效应对脱层结构动力响应分析是非常重要的，可避免脱层结构出现物理上不可能的相互贯穿．     

复合材料层合梁脱层分析的高阶模型

利用高阶剪切变形理论和变分原理,建立了复合材料层合梁脱层附加状态的高阶模型,并提出了相应的解析解法,与二维有限元的数值结果的比较表明,这里的高阶模型具有较好的精度.