空间等参拟协调元在复合材料层压结构中的应用

本文将一空间等参拟协调元推广到复合材料层合结构的分析中,该单元既可作为块元又可视为层合板元,且特别适用于变厚度的复合材料层合结构的分析.数值实例计算表明,该单元用于薄层合板时无剪切自锁现象,有良好的计算精度和效率.     

含开孔和补强的蜂窝夹芯层合结构的屈曲分析

该文针对含有开孔和孔边补强的蜂窝夹芯复合材料层合结构的屈曲分析发展了一套三维有限元求解方案。孔边缘应力集中区采用W ilson非协调实体单元模拟,同时为减小求解规模,远离开孔的应力平缓区则采用一种相对自由度层合壳元。这种单元避免了传统壳元的转动自由度,易与三维实体单元连接,使变厚度、带有补强的复合材料层合壳体等复杂结构得以正确建模。数值算例验证了该文计算策略的准确性和有效性,最后通过大量数值计算研究了开孔和补强对结构临界载荷的影响。     

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.     

杂交元在圆柱坐标系中的应用

在圆柱坐标系内提出了一种新型杂交元——圆柱壳杂交元。该单元在每一单层上考虑了横向剪切变形,提出18-β应力函数,可直接计算复合材料层合壳上的N_ξ、N_η、N_(ξη)、M_ξ、M_η、M_(ξη)、Q_ξ、Q_η。在单元边界上独立假定垂直于中面的转角θ_η、θ_ξ,并以中面广义位移为基本参量,确定各层边界位移场,用最少的自由度计入层合壳的局部变形效应。本单元可在圆柱坐标系中直接求解,避免直角坐标系中单元求解时整体坐标和局部坐标的反复转换,减少了计算误差,提高了计算精度,是工程中切实可行的一种计算方法。     

压电层合板壳剪切变形理论

提出了一种压电层合板壳的一阶剪切变形理论,采用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理、压电理论和层合板壳的一阶剪切变形板壳理论,推导了压电层合板壳系统的运动方程,根据一阶剪切变形理论,得到压电压合壳的应变位移关系;并由复合材料板壳的广义内力公式和压电本构关系,导出压电层合壳的广义内力－位移－电场关系;利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理进行了变化推导,得到压电层合板壳剪切变形理论的运动方程,以及力学和电学边界条件。该理论可应用     

层合中厚非圆截面柱壳非线性动力稳定性分析

基于Timoshenko-Midlin假设及Hamilton变分原理,建立了层合中厚非圆柱壳的非线性运动控制方程,采用伽辽金技术,得到仅含时间参数的Mathieu型方程,然后应用增量谐波平衡法进行求解.数值计算中,以两端简支L曲线截面层合中厚柱壳为例,讨论了截面形状参数、几何非线性和横向剪切效应等因素对层合中厚非圆截面柱壳非线性动力稳定性的影响.结果表明:这些因素对层合L曲线截面中厚柱壳的非线性主要动力不稳定区域有较大影响.     

复合材料层合结构的热和力学分析

针对复合材料层合结构的热和力学分析提出了一种多层相对自由度壳元。整个分析过程可以在同一套有限元网格下实现。该单元基于三维有限元提出,易于与三维实体单元连接。采用了一种应力后处理方法以准确计算复合材料旋转壳体中的横向应力。两个数值算例说明了程序的可靠性。分析了受热载荷作用的带开孔和补强的复合材料圆柱壳,结果显示当补强层与面板的热膨胀系数相差过大时,孔边会存在较大的层间应力,可能会导致分层破坏。     

螺旋桨桨叶固有动力特性方法研究

应用有限元与边界元结构合的湿模态法对浸入静水域中螺旋桨桨叶进行固有动力特性研究,编制了３种单元组合模型与流固耦合计算分析程序;实桨计算结果与桨叶固有频率激振试验结果比较表明,计算值与实测值基本吻合,所采用的块体元、过渡元和厚壳元３种单元组合形成的有限元离散模型和Moriono双曲面元法在计算精度和计算效率方面比块体和厚壳有限元模型有所改善。     

含分层损伤复合材料圆柱壳非线性动力响应

基于一阶剪切变形理论,由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及初始几何缺陷的圆柱壳非线性动力方程.复合材料圆柱壳上的初始几何变形以初始几何缺陷的方式描述并引入方程,针对破坏子层进行刚度折减,并求得脱层损伤的等效刚度矩阵.采用半解析法求解方程,其中位移及载荷沿周向级数展开,由Galerkin方法得到微分方程组,通过有限差分法求解;分析初始几何变形、伴随脱层及子层破坏等损伤形式对复合材料圆柱壳非线性动力响应的综合影响.     

任意平面形状筒体结构动力特性分析的改进条元法

提出了改进条元法,以分析任意平面形状筒体结构的动力特性.该方法根据柱壳理论,构造了柱壳曲线条元.此条元可退化为传统平板条元,与传统的平板条元相比较,可用于分析平面形状为曲线周边的筒体结构动力特性.此外,考虑了条元的平面外刚度,所用位移函数能反映筒体的剪力滞后效应;运用静力凝聚理论,使动力分析自由度大大减少,其总数仅为3r.研究结果表明,改进条元法具有精度高、通用性强、计算量小等优点,可作为高层建筑筒体结构抗震设计计算频率的实用方法.     

层合中厚非圆截面柱壳的非线性动力响应

基于Timoshere-Midlin假设及Hamilton原理,建立了层合中厚非圆截面柱壳的非线性控制方程,将空间变量用三角级数和正交配点法离散,时间变量用Newmark-β法离散,用迭代法求解.以两端简支L曲线截面层合中厚柱壳为例,讨论了径厚比、截面形状参数、材料弹性杨氏模量比和横向剪切变形等因素对层合非圆截面柱壳非线性动力响应的影响,且与采用ANSYS软件所得仿真计算结果进行了比较.研究结果表明,径厚比、截面.形状参数和材料弹性杨氏模量比对层合非圆截面柱壳非线性动力响应的影响比较大.     

复合材料层合板的应力杂交有限元分析

本文根据修正的余能变分原理,构造了一个适合于复合材料纤维层合板特点的矩形应力杂交板弯单元,该单元能够考虑横向剪切变形的影响和局部扭曲效应.在动力分析中,我们选取单元内部位移场与边界位移场相协调.通过计算表明,本文单元具有自由度少,使用方便,计算精度高等特点.     

含分层损伤复合材料加筋板动力响应分析接触效应

基于考虑一阶剪切效应的复合材料层合板单元和层合梁单元,提出了含嵌入圆形分层损伤的复合材料加筋板非线性动力响应有限元分析方法,其中包括采用A dam s应变能法与R ay le igh阻尼模型相结合的方法,构造了相应的阻尼阵列式;建立了一种H ertz型非线性动力接触界面单元模型,有效地解决了含分层损伤的复合材料加筋板,在进行动力响应分析时,低阶模态中在分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象;提出了含损伤结构的动力响应的精细积分法.在上述分析模型和方法的基础上,通过对典型数例的分析和讨论表明,在含分层损伤加筋层合板动力响应分析时,必须考虑分层子板间真实的接触状态.     

单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法

为克服传统推覆方法无法考虑结构动力稳定性问题的缺点,提出了一种能够考虑单层柱面网壳结构动力效应的阶跃推覆分析方法.首先,通过推覆分析,构造基于振型刚度的等效单自由度体系,获取网壳结构非线性能力曲线;然后,对网壳结构进行逐级阶跃加载分析,并对等效单自由度体系进行时程分析,转化得到临界失稳伪加速度;最后,结合地震反应谱,求得网壳结构动力失稳临界加速度因子.基于某单层柱面网壳的计算结果表明,所提方法简便有效.相比传统推覆方法,所提方法能够模拟出网壳结构动力失稳破坏现象,计算精度提高58.3%.所提方法给出的失稳模式与时程分析方法基本吻合,平均误差仅为23.6%,分析耗时减少75%.     

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。     

复合材料层合板的粘弹性有限元分析

用有发元方法进行复合材料层合结构的线性粘弹性分析,以粘弹性材料松弛型积分本构关系为基础,给出了复合材料层合板的有限元控制方程及相应的有限元分析程序,通过关例计算,分析了层合板的粘弹性响应,结果表明,本方法是行之有效的。     

考虑剪切非线性的复合材料渐进损伤模型

针对具有明显剪切非线性的复合材料,提出了一种考虑剪切非线性影响、能够分析和预测复合材料层合板极限承载能力的损伤模型.采用Ramberg-Osgood方程描述层合板剪切非线性的应力与应变本构关系,基于连续介质损伤理论建立了分析复合材料结构渐进损伤的三维有限元模型,采用已有的应变描述的三维Hashin失效准则和Ye-分层失效准则预测其损伤起始,引入损伤状态变量来分析层合板的损伤扩展,通过UMAT子程序实现了损伤模型的模拟,并运用黏性正则化方法确保计算收敛.同时,将模型运用于AS4/PEEK复合材料开孔层合板渐进损伤实验的模拟分析.结果表明,模拟计算结果与实验结果较吻合,对比已有模型的预测结果,所提出的方法具有更高的准确性.     

夹层板壳静力分析的有限单元法

在文（１）的基础上，构造了１６－２０结点夹层板壳单元。该单元考虑了层合结构的横向剪切效应，较等效单层理论和分层理论的精度高，且大大减少了结点自由度数目，提高了计算效率。由于结点自由度只有线位移，该单元易与三维实体单元连接，对厚板壳也有很强的适应性，特别适合于实际工程中层合结构的计算。     

连续箱梁弯曲问题的有限单元法

在文[1]、[2]三维退化层合梁的基础上，引入板壳的基本假定^[3]，构造出三维退化层合板壳单元，分析了单箱室连续箱梁的弯曲问题。计算结果表明，该单元的精度和效率较高，适合于工程结构的总体分析。     

复合材料层合扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲

研究了复合材料层合扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题;通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入的中心集中冲击载荷,采用Galerk in方法得到以顶点位移表达的冲击动力响应方程,并用Runge-Kutta方法进行数值求解,得到了不同载荷幅值下的位移响应曲线,应用Bud iansky-Roth准则(简称B-R准则)确定了冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响;数值算例表明,该方法是可行的.