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。     

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。     

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。     

开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析

基于ABAQUS有限元软件中的二维壳单元和三维实体单元,对铺层角度为［0°/(±45°)₃/(90°)₃］_s的开孔T300/1034-C碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷作用下的失效过程进行研究.首先,在ABAQUS有限元软件中建立壳单元和连续壳单元碳纤维复合材料模型,利用自带的2D Hashin准则与退化模型模拟了层内失效.但二维模型没有考虑各层失效间的相互影响,进而通过编写材料子程序VUMAT,引入3D Hashin准则和基于断裂能的等效应力-应变双线性退化方式,采用实体单元模拟碳纤维复合材料的失效行为.通过对三种单元模型进行模拟,结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更易失效,成为裂纹源;在层合板失效过程中,都呈现“X形”向“沙漏形”失效发展趋势,最终沿宽度方向断裂;实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值,三种单元模拟极限失效载荷与实验数据相差分别为26.1%,31.1%,8.64%.     

基于三维管道模型的快速边界元法在阴极保护分析中的应用

该文采用边界元法(BEM)对包含大规模管道结构的阴极保护系统进行分析。为降低管道上的单元数量和单元积分计算量,提出一种三维管道边界元模型,将管道离散为线单元且保留管道圆柱面积分。为了能够在普通微机上模拟大规模阴极保护系统,使用快速多极算法(FMM)加速边界元方程的求解。针对阴极极化边界条件引入的非线性问题,采用迭代算法求解。数值算例表明:采用该文线单元离散管道,相比常规三角形单元,可将单元数量降低一个数量级;快速多极算法可以求解自由度为50 000量级的大规模阴极保护问题。     

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.     

正交各向异性叠层复合材料板弯曲分析的有限单元法

文中构造出２０结点４８自由度三维退化层合板单元,用于分析各层片均为正交各向异性的叠层复合材料板的弯曲问题。该单元继承了文单元的优点,增强求解复合材料板的功能,对最有较强的适应性。对比同类问题分析,基于单层和分层理论的各类数值方法及状态空间理论的精确解法。本文方法简便易行,有相当的精度保证,求解效率也远高于上述诸法,是一种适合于结构总体分析的有效方法。     

圆柱壳开孔补强的应力分析和试验研究

本文提供了一篇用有限单元混合法对开孔补强的圆柱壳进行应力分析的报告。作为试验研究我们用了三向光弹性技术。通过比较发现由有限单元混合法得到应力分析的结果相当接近于光弹性试验结果的。并且证明开了孔的圆柱壳局部补强是有效的,它使结构的强度和刚度有显著的增强。此外,用有限单元混合法对于开孔但不补强的圆柱壳进行分析所得结果与经典理论结果也是相当一致的。     

三维薄结构热传导问题Wilson元离散系统的DAMG法

对三维薄结构问题,在进行网格剖分时,为了减少单元数目,常采用六面体薄单元,相应的高阶单元在计算精度、抗畸变程度等方面具有明显优势,但也大大增加了计算复杂性。Wilson元通过在单元内部设置附加自由度的方式来提高完全多项式的次数,具有计算精度高且自由度又少的优点,因而在实际计算中被广泛使用。但要提高这种非协调元分析效率还需为相应离散系统设计好的求解方法。本文针对一般变系数三维薄结构热传导问题,建立了Wilson元计算格式,并将DAMG法应用于与8节点三线性元谱等价的Wilson元离散系统的求解。数值实验结果表明,与常用方法相比,基于"距离矩阵"的代数多重网格(DAMG)法具有更好的计算效率和鲁棒性(robustness)。     

梁弯曲,扭转,稳定分析的三维退化层合梁单元有限元法

首衔在２０结点三维块体等参元及１６结点相对位移板壳元的基础上,引入梁的基本假定,采用等效数值积分法,构造出１２－２０结点三维退化层合梁单元,然后考虑几何非线性,给出用于梁线弹性稳定分析的有限元列式,文中单元直接由三维块体等参元退化而得,只有线位移自由度,可以方便地与相对位移板单元和三维块体单元协调连结。又用三维退化梁单元分析了实心杆的弯曲、自由扭转及分支屈曲的临界荷载,其数值结果和理论解符合很好。     

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。     

带拉杆及横撑的双肋钢管混凝土拱稳定分析的有限单元法

文中在２０结点三维块体等参元与１６结点相对位移板壳元的基础上,引入梁的基本假定,采用等效数值积分法,构造出１２￣２０结点三维退化平面和柱面层合曲梁单元,给出用于梁或拱线弹性稳定性分析的有限元列式。并以绍兴轻纺大桥为工程背景,计算出轻纺大桥钢管混凝土拱面内屈曲及面外侧倾屈曲的临界荷载。     

含开口薄壁杆的空间结构热屈曲有限元分析

针对含开口薄壁杆件的大型空间柔性结构热屈曲问题,发展了一种包含翘曲自由度的二节点开口薄壁杆单元。该单元考虑了约束扭转与弯扭耦合效应,同时考虑了热应力对几何刚度阵的影响,可进行空间杆系结构的热屈曲分析。简单梁模型算例表明:该方法求得的各阶屈曲温度临界值和屈曲模态与AN SY S薄壳有限元解吻合较好;并且由于考虑了开口薄壁杆的特性,热首先引起杆件的弯扭耦合屈曲。对哈勃太空望远镜太阳帆板的简化模型进行了热屈曲分析,成功地解释了热使该太阳帆板发生扭转屈曲的原因。     

剪切非线性对轴向受压下复合材料层合板和壳稳定性的影响

本文应用 Ｈ·Ｔ·Ｈａｈｎ和 Ｓ·Ｗ·Ｔｓａｉ提出的考虑剪切非线性效应的复合材 料本构关系．讨沦了剪切非线性对轴压下层合板和圆柱壳的稳定性的影响，通过数例 分析指出剪切非线性不仅对板和壳体的屈曲载荷有不同程度的影响，而且使失稳的波 形也发生改变．     

压磁压电层合复合材料圆柱壳表面局部分层屈曲

摘要：
基于复合材料层合壳理论,利用压磁压电纤维材料的本构关系,考虑在温度和电场、磁场作用下,推导含压磁压电材料的局部非对称分层子层壳的总势能及屈曲控制方程.分析子层屈曲时,考虑了面内横向位移.通过对不同铺层形式的计算,给出了温度、电场、磁场荷载作用下,压磁压电复合材料层壳的几何参数、物理参数对任意方向椭圆形的局部分层屈曲临界应变值的影响规律. 关键词：
压磁压电复合材料; 复合材料层合圆柱壳; 局部分层屈曲; 温度载荷; 电场强度; 磁场强度; 临界应变 中图分类号： O 341
文献标志码： A     

具有椭圆孔圆柱壳的稳定性

用实验方法研究了椭圆形开口对圆柱壳轴压屈曲载荷的影响,并根据实验结果提出了计算具有椭圆开口的圆柱壳轴压屈曲载荷的经验公式。     

隔墙下带加强钢筋厚板的非线性静力分析

针对目前建筑结构中经常出现的钢筋混凝土大厚板中隔墙下的加强钢筋或暗梁没有明确设计规定,设计人员大多依靠经验进行简单计算的不足,对一采用大板的实际剪力墙住宅结构,在ANSYS中建立其局部有限元模型进行计算分析,模型中包含剪力墙、厚板和板中加强钢筋以及隔墙.钢筋采用Link8单元,其余均采用三维实体单元,其中厚板采用能考虑混凝土非线性的Solid65单元.针对在竖向荷载作用下结构模型的非线性静力分析结果,对隔墙、板和加强钢筋的受力进行了讨论,对隔墙的采用和加强钢筋的设计提出了建议.     

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．