基于三维应变渐进损伤准则的复合材料层合板大开孔压缩损伤研究

针对复合材料层合板大开孔压缩,将二维应变渐进损伤准则修正为三维应变渐进准则,使其能够模拟层合板的分层损伤,建立了复合材料层合板大开孔压缩损伤分析模型。利用UMAT子程序将基于三维应变渐进损伤准则引入到分析模型中预测纤维、基体及分层等失效演化过程;并对大开孔复合材料层合板进行试验研究。试验结果表明所建立的基于三维应变渐进损伤准则的层合板大开孔分析模型能很好地模拟大开口复合材料层合板压缩过程中的损伤起始、损伤扩展及破坏模式;并最终预测复合材料层合板大开孔的破坏强度。     

角铺设复合材料层合板的后屈曲和模态跃迁

为研究双轴受压反对称角铺设复合材料层压板的后屈曲和模态跳迁性能,由渐近修正几何非线性理论推导其双耦合四阶控制偏微分方程(即协调方程和动态控制方程);通过采用广义Galerkin方法将层合板的耦合非线性控制偏微分方程转换为系列非线性常微分方程组;然后,采用解的延拓方法软件对层合板的后屈曲行为进行分析,确定面内直边边界下层合板出现屈曲模态跃迁的路径和临界载荷.通过对四层简支复合层合板算例计算表明:该方法数值结果与有限元分析(FEA)相比,在主后屈曲区域有很好的吻合性;而当解接近第2分岔点时,有限元分析失去收敛性,而所提分析方法仍具有深入探索二次分岔后屈曲区域和准确捕捉模态跃迁现象的能力.     

用样条配点法求解反对称角铺设层合板动力响应

工程结构中的复合材料层合板的几何参数往往具有随机性质。如何研究随机参数层合板响应的统计特性 ,这对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义。用样条配点法 ,将复合材料层合板结构离散后 ,应用Lagrange方程 ,建立了复合材料层合板的力学模型 ,研究了随机参数反对称层合板动力响应 ,推导出层合板位移、速度和加速度的标准差。在数值算例中 ,对于各种边界条件 ,选择样条函数作为振型函数 ,用样条配点法求出了结构的动力响应量及统计特征值 ,并与Newmark法进行了比较 ,验证了该方法的有效性。     

压电层合板的三维有限元分析

从弹性理论和压电学理论出发,根据三维有限元理论,采用空间等参单元,导出了压电层合板的整体刚度矩阵,并利用材料的物理和几何关系,对压电层合板的应力和变形做了计算与分析。给出了数值算例并与已有的解析解计算结果做了比较和分析。计算表明其结果具有较高的分析精度。     

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.     

含预成型孔复合材料单层板的一种设计方法

基于有限元应力分析和强度准则以及纤维连续绕过孔边的约束条件,对含孔纤维增强复合材料单层板的纤维取向和密度分布进行迭代设计,结果表明：在平均纤维含量不变的条件下其拉伸强度取得较大幅度的提高。此研究结果可进一步用于含孔复合材料层合板的设计。     

三维位势直接边界元法中的几乎奇异积分

在三维直接边界元法分析中,几乎奇异积分的计算是一个重要的问题．对此,采用作者之前工作中提出的一种有效算法,使用高阶几何单元来描述几何边界,构造了新的距离函数,拓展原有的指数函数非线性变换到三维直接边界元法中,利用拓展的变换来消除被积函数的几乎奇异性．数值算例表明,本文算法稳定,效率高,即使计算点到实际边界的距离很小,依然可获得令人满意的数值结果．     

用样条配点求解反对称角铺设层合板的瞬态响应

应用样条配点法以三次 B样条函数为时域函数的试函数 ,求解了反对称角铺设层合板的动力响应问题。在若干算例中 ,对于各种边界 ,选择样条函数作为振型函数 ,用样条配点法求出了结构的动力响应量 ,并与 Newmark法进行了比较。     

各种边界条件下对称层合板的弯曲问题

由一般对称层合板弯曲控制方程，导出了一个简单而完备的级数序列的通解，通过边界配点最小二乘法求得问题的解。文中给出了位移和内力的矩阵显表达式，论述了形成线性方程组的具体方法，用本文方法计算了几个算例，其中包括圆形、矩形和角形等层合板。结果表明：本文方法既简单、通用、又精确。     

含脱层层合简支梁的屈曲模态

基于二维弹性力学理论,研究在轴向荷载作用下含脱层层合简支梁的屈曲模态.由位移法求得各单层梁受均布轴压时的弹性力学解,采用配点法联合各层得到整个系统的解.在层间界面上取与级数项数相等的点,将各点处的界面方程与梁上下表面的边界方程联立求解,得到屈曲临界载荷,返回特征方程得到梁的屈曲模态.研究了脱层界面的接触问题,在脱层处的每个配点上分别使用界面接触和界面自由模型进行计算,分析各配点处脱层表面竖向位移及法向应力的状态,迭代求得真实解.算例分析了不同脱层尺寸和脱层位置对层合梁屈曲模态的影响,并考虑了脱层间的接触.