内嵌伪弹性形状记忆合金纤维的复合材料空心梁动态有限元分析

以内嵌伪弹性形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料空心层合梁为研究对象,基于经典层合梁理论和有限元法,在考虑SMA的相变特性、材料非线性与基体变形相互耦合的基础上,按照虚功原理建立了SMA混杂复合材料空心层合梁的运动方程,并用Newmark积分法和牛顿迭代法对运动方程进行了数值求解,研究了SMA混杂复合材料空心层合梁的振动特性,分析了SMA对复合材料层合梁的振动抑制效果,讨论了温度、结构阻尼对空心层合梁动态响应的影响规律.结果表明:同一时刻下内嵌SMA纤维的空心层合梁自由端挠度较未嵌SMA纤维时的挠度明显降低;伪弹性SMA纤维在较高的温度下能更好地实现对层合梁的振动抑制;伪弹性SMA纤维对层合梁的振动抑制效果明显优于结构阻尼对层合梁的振动抑制效果.     

SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度特性研究

研究了嵌入形状记忆合金(SMA)纤维复合材料变截面板弹簧的刚度性能.首先分析一类常用SMA材料的基本力学性能,讨论了基于Brinson本构模型下的受限回复特性.在建立具有SMA纤维的各向异性层合梁的本构方程的基础上,利用瑞利-利兹能量法求板簧的挠度,给出板簧刚度的表达式.最后,运用MATLAB进行数值计算,得到了SMA纤维复合材料变截面板簧刚度随温度、铺层角、SMA含量的变化关系曲线,揭示了SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度可调节机理.     

复合材料层合悬臂板的非线性动力学研究

 以飞机机翼的颤振为实际工程背景,考虑高阶横向剪切效应、几何大变形和横向阻尼的影响,基于Reddy的高阶剪切变形理论和von Karman的大变形理论,利用Hamilton原理对纤维增强复合材料层合悬臂板的非线性动力学问题进行了研究。建立了复合材料悬臂板在面内激励和横向外激励联合作用下悬臂板广义位移形式的偏微分运动控制方程。利用Galerkin方法,选取二阶模态对复合材料层合悬臂板偏微分形式运动控制方程进行二阶模态截断,得到了具有三次非线性项、参数激励项和横向激励项的常微分形式二自由度非线性动力学方程。在考虑主参数共振和1:2内共振的情况下,用多尺度法获得了复合材料层合悬臂板四维直角坐标形式的平均方程。在平均方程的基础上,利用数值方法分析面内激励和横向激励幅值对系统非线性动力学特性的影响,得到了1:2内共振时复合材料层合悬臂板动力学方程的平面相图、波形图、三维相图和频谱图。结果表明,随着外激励的变化,系统会出现单倍周期运动、多倍周期运动、概周期运动和混沌运动。     

SMA纤维混杂层合板PE阻尼振动响应研究

建立了形状记忆合金纤维混杂复合材料矩形层合板振动响应的理论分析模型。首先提出简化的描述ＳＭＡ超弹性应力－应变关系的分段线性化模型,采用多胞细胞力不方法确定ＳＭＡ纤维浊支板的宏观力学性能参数;根据层合板力学分析方法建立ＳＭＡ纤维混杂交交对称铺设矩形板在超弹性相变阻尼影响下的横向振动响应求解的数学模型。     

非对称铺设SMA层的复合材料梁在热荷载作用下的变形分析

基于几何非线性理论,提出一类偏心铺设的形状记忆合金(SMA)复合材料梁的数学模型,建立梁在温度载荷作用下的非线性弯曲控制方程,应用打靶法进行数值求解,得到均匀加热下两端不可移简支SMA层合梁的热弯曲数值解.给出具体算例的平衡构形和平衡路径,并分析和讨论SMA的几何和物理参数对梁变形的影响.结果表明梁在升温的一开始就发生变形,升温过程中随着SMA的相变,变形趋势加剧,通过改变SMA的几何、物理参数可以调整梁的变形.     

层间混杂复合材料最终拉伸破坏问题研究

采用剪滞理论,研究了受纵向拉伸的层间混杂复合材料由某些低延伸层已发生破坏和高延伸层中部分纤维断裂相互作用而导致的应力重分布。在此基础上,采用随机临界核理论,对层间混杂叠层复事材料的最终拉伸破坏进行细观察统计分析。结果表明,估计的最终拉伸破坏应变与现有的实验有较好的符合．     

形状记忆合金纤维层板固有频率可调性的有限元分析

采用有限元方法建立SMA纤维层合板的有限元动力学模型，通过矩阵特征值问题求解，得到板的固有频率，讨论了相奕激发温度的改变、SMA纤维的体积分数、SMA预拉伸变形等参数对结构固有频率的影响。研究结果对于实现SMA纤维复合材料减振降噪智能结构的自适应控制具有一定的参考价值。     

典型复合材料整体化壁板结构刚度研究

由于复合材料耦合作用及结构中材料的不连续,复合材料整体化壁板在面内拉伸和剪切载荷作用下会发生面外的变形,从而影响壁板面内变形的测试。采用数值分析和试验的方法研究了三种复合材料整体化壁板的刚度,建立整体化壁板面内刚度测试方法,提出了壁板描述面内变形的表征参数。结果表明:三种壁板中带筋条的壁板剪切刚度最大,普通的层压板拉伸刚度最大。     

单向混杂复合材料拉伸性能的两级分析

为了研究混杂复合材料的混杂效应,该文建立了单向混杂复合材料拉伸性能的两级三维剪滞模型,第一级模型为纤维和树脂构成的纤维束两相材料体系,第二级模型为2种(或多种)纤维束组成的混杂复合材料体系.纤维的强度基于蒙特卡洛(Monte-Cado)方法,用两参数的韦布尔(Weibull)分布模拟.用此模型模拟了夹芯和分散两种混杂方式、不同混杂比例下的碳/玻混杂单向复合材料棒材的纵向拉伸性能,数值模拟与实验结果吻合.研究发现:在该文的材料体系下.碳纤维体积分数低于或等于5%时,有明显的二次破坏现象.     

混杂防弹复合材料的结构优化及弹道机理分析

根据芳纶纤维、高强玻璃纤维和碳纤维力学性能的各向异性和靶板破坏特征,制备单一组分织物及混杂增强复合材料,同时以靶板对弹体的动能吸收能力为研究对象,对复合材料中树脂质量分数和织物铺层顺序进行试验研究及优化,以提高其防弹性能.研究表明:在复合材料靶板面密度接近的情况下,树脂质量分数为20%左右,复合材料的弹道性能最佳;结构优化后,抗压和抗剪切性能好的无机纤维织物放置在着弹面,抗拉性能好的有机纤维织物放置在背弹面,这种混杂复合材料的防弹性能高于单一织物增强复合材料;当混杂复合材料从着弹面到背弹面按照碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维织物的顺序铺层时,得到的靶板具有更佳的防弹性能.