具脱层的正交铺设圆柱壳的轴对称屈曲分析

脱层是复合材料最常见的损伤之一，它将导致结构提前失效．本文应用模态分析法研究了具环向贯穿脱层圆柱壳的轴对称屈曲问题．基于线弹性理论，建立了正交铺设脱层圆柱壳的轴对称屈曲微分方程、边界条件、位移连续务件、弯矩与剪力的平衡条件及相容条件．对方程进行求解，得到了脱层长度和深度对屈曲载荷的影响，并通过算例与已有文献进行了比较．     

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     

固支边界条件下脱层圆柱壳的自由振动分析

基于最小势能原理及变分法,建立了具环向贯穿脱层圆柱壳的自由振动控制方程及相应的定解条件,并应用有限差分法对控制方程进行求解．数值分析中,讨论了各种脱层参数对脱层壳固有频率的影响．结果表明,当脱层长度越大、脱层位置越深以及脱层越靠近壳的纵向对称中心时,脱层圆柱壳的无量纲线性基频及固有频率越低．     

反对称正交铺层剪切圆柱壳在轴压下的屈曲分析

给出了反对称正交铺层剪切圆柱壳广义 Donnell大挠度方程 ,运用位移型摄动技术构造了圆柱壳在均匀轴压下的屈曲全局渐近级数解 ;运用奇异摄动技术分析了圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解 ,对计及横向剪切复合材料圆柱壳或部分圆柱壳的非线性弯曲或屈曲进行了精确分析 .同时 ,结合典型算例讨论了横向剪切变形、Batdorf数、径厚比、长径比、铺层数和弹性模量比对圆柱壳屈曲性态的影响 .结果表明 ,本文方法能有效地预测剪切圆柱壳的屈曲性态     

正交层合壳屈曲问题中相似性的探讨

给出圆柱薄层壳屈曲的临界载荷,编制了计算程序;探讨了正交铺层的复合材料层合壳在屈曲问题中的某些相似特征,根据模型和原型间在几何上或材料上的相似比,预测出原型的屈曲临界载荷,为复杂结构的参数化设计及研究奠定了基础。     

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．     

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。     

薄铺层复合材料薄壁管轴压屈曲行为研究

在薄壁结构的应用中,屈曲稳定性是影响其承载性能的关键因素,为研究减薄铺层厚度对复合材料薄壁结构局部屈曲行为的影响,本文采用不同厚度(0.125、0.055和0.020 mm)的预浸料制备复合材料薄壁管,实验测试了其在轴压下的局部屈曲行为.实验结果表明,随着铺层厚度减薄,实验采用的正交和均衡两种铺层方式的复合材料薄壁管局部屈曲载荷均随之提高,而屈曲失效模式没有发生改变.力学分析表明,铺层厚度减薄后,管壁弯曲刚度的改变和层间剪切应力分布对薄壁管局部屈曲载荷提高有重要影响.采用薄铺层制备复合材料薄壁结构件能够有效提高其局部屈曲能力.     

黏弹性层合板壳蠕变屈曲的持久临界荷载

基于一阶剪切变形理论与经典屈曲理论,着重分析黏弹性层合板和层合圆柱壳蠕变屈曲的瞬时弹性临界荷载与持久临界荷载．利用Laplace变换,由压屈方程导出相空间的临界荷载,根据Laplace逆变换的初、终值定理得到瞬时弹性临界荷载与持久临界荷载,论证了两种临界荷载的黏弹性解与准弹性解是等同的．构造扰动模型对持久临界荷载的含义进行说明．以硼纤维／环氧树脂基复合材料为例,分析了层合板与层合圆柱壳所对应的两种临界荷载,通过对横向剪切刚度以及面内柔度中黏弹性效应的考察,揭示导致黏弹性层合板、层合圆柱壳蠕变失稳的因素．     

有纤维搭桥的矩形脱层屈曲

用有限元方法求解了3D复合材料中有纤维搭桥的矩形脱层屈曲问题.搭桥纤维和基体分别用分布于脱层单元节点上的只拉不压和只压不拉的线性弹簧单元来模拟,并把有纤维搭桥脱层屈曲的特征值问题转化成考虑初始缺陷的结构几何非线性强度问题,用增量非线性结构分析的有限元方法求解.结果表明,引进纤维搭桥后,脱层屈曲模态上存在与基体周期性的接触点（区）,屈曲临界载荷随着纤维搭桥刚度的增加而增加.最后,通过数学公式给出了脱层屈曲的特征长度与纤维搭桥的关系式.     

含单个分层复合材料层合板后屈曲性态研究

基于Mindlin假定下大变形的板／壳理论,采用参考面单元和虚拟杆单元相结合的非线性有限元方法,建立了分层损伤层合板后屈曲分析的有限元计算模型,并研究了考虑层间接触效应的单分层层合板的后屈曲性态．着重研究了分层深度、铺层次序和分层尺寸对含单个穿透分层层合板后屈曲性态的影响,如随分层位置沿厚度方向由表面向中心靠近,层合板后屈曲载荷呈下降趋势;当分层尺寸确定时,层合板的铺层次序及分层深度对后屈曲载荷的影响呈现明显的规律性;不同分层尺寸对后屈曲模态有显著影响等．所得结论对层合板结构设计和评估有指导意义。     

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.     

层合圆柱壳体表层矩形分层屈曲分析

应用能量法研究了对称铺层的闭合圆柱形层合壳体的表层矩形分层屈曲特性,分析了母层壳、子层壳的几何、物理参数同分层屈曲临界应变值之间的关系,探讨了拉伸分层屈曲形成的机制及其层合圆柱壳体中面曲率对分层屈曲的影响.     

具有力边条件的层合圆柱薄壳的扭转屈曲

用一阶剪切变形理论的位移场推导出 5个屈曲平衡方程 .为解这 5个方程 ,采用 4个内力和一个法向位移为基本未知量 ,并设之为事先满足全部边条件的三角级数 .其余的内力、内力矩、位移和转角可通过算子矩阵求逆和本构关系由这些基本未知量来表达 .最后 ,采用 Galerkin法可得一以法向位移 w的 Fourier系数为未知量的特征值问题 ,由此可求出临界载荷和相应的屈曲波形     

纤维缠绕圆柱壳轴对称分叉屈曲

讨论了多层复合材料圆柱壳在轴向压缩载荷的条件下的对称分叉屈曲。基于Ｄｏｎｎｅｌｌ方程，将位移法与复数解法推广应用于纤维缠绕圆柱壳的稳定性问题。提出了壳体在轴向压缩下的轴对称屈曲模态以及临界载荷的算法，特别着重考虑了各类边界条件与耦合效应。其理论和结果可直接应用于固体火箭发动机壳体的结构设计。     

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.     

各向异性复合材料圆柱薄壳轴压下的屈曲性能

复合材料具有强度高，比强度大，材料性能可设计等优点，由各向异性复合材料制成的薄壳广泛地应用于海洋、航空和军工工业之中，根据边界层理论，采用奇异摄动法，考虑非线性前屈曲、大挠度和初始几何缺陷的影响，分析在两端固支条件下，各向异性层合圆柱壳在轴压下的屈曲和后屈曲性态，以挠度为摄动参数，求后屈曲平衡方程的渐进解并导出后屈曲平衡路径的四级表达式，同时给出了确定临界荷载的方法。     

具脱层复合材料层合梁-板的自由振动分析

基于经典弹性理论,建立了含脱层复合材料层合梁的运动控制方程,研究了脱层复合材料层合梁自由振动频率和振动模态。分析中,对脱层梁结构采用分区处理,同时结合边界条件、内力平衡条件以及位移连续条件,建立了梁模态分析的特征方程。最后利用具体算例,探讨了具脱层梁不同脱层参数、铺设角度下的一、二阶固有频率,并对比分析了不同的脱层深度、脱层长度和脱层位置以及不同的铺设材料对复合材料层合梁模态的影响。