复合材料层合板非线性粘弹性有限元分析

用有限元方法进行了复合材料层合板非线性粘弹性分析，给出了有限元列式及相应的分析程序，对在机械及热载荷作用下的层合板粘弹性响应进行了研究，得到一些有益的结果。     

非对称铺层T700复合材料层合板铺层顺序优化

为分析经过铺层顺序优化后的复合材料层合板的承载能力,基于有限元优化设计软件,构建碳纤维复合材料层合板有限元模型,施加边界条件与轴向载荷,进行力学性能分析;以碳纤维复合材料层合板铺层顺序为设计变量,以层合板主应变、连续角度铺层不超过四层等为约束条件,最大承载能力为设计目标,对层合板进行优化;并对优化后的层合板基于强度理论进行校核,结合力学试验对比分析优化前后的层合板力学性能差异.结果表明:碳纤维复合材料层合板铺层顺序经过优化后,承载能力增强,试验结果与仿真结果具有一致性,优化方法是合理可靠的.     

考虑应变率效应的复合材料层合板冲击动态响应

基于对分离式霍普金斯压杆试验结果的分析,建立了T300／epoxy复合材料考虑应变率效应的黏弹性本构模型,并将该本构模型引入到有限元分析软件LS-DYNA中,对T300／epoxy复合材料层合板进行了冲击动态响应模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好,验证了这种本构和有限元模型的有效性。从层合板抗冲击性能的角度提出了有效冲击时间的概念,     

湿热环境下复合材料冲击损伤的近场动力学模拟

研究在湿热条件下复合材料的冲击损伤特征,是复合材料应用在舰船壳体的一个重要基础。现有的有限元方法在分析损伤及裂纹扩展问题中遇到了一定困难,需引入近场动力学(PD)理论,用于分析复合材料湿热冲击损伤。在复合材料近场动力学模型中,定义层内和层间共4种不同作用键;在本构方程中引入湿热伸长率项,改进键伸长率判定和键常数为湿热环境下的形式,建立了湿热环境下复合材料层合板PD模型。基于上述模型,模拟了不同湿热环境下复合材料层合板冲击损伤,并分析冲击速度对湿热处理复合材料层合板吸能性能的影响。结果表明:在冲击速度较低情况下,湿热因素对层合板冲击损伤影响较大;当温度与湿度共同作用时,层合板抵抗冲击能力更强。     

含孔复合材料层合板拉伸失效分析

对国产T700/双马树脂基复合材料的含孔层合板进行了拉伸失效分析研究,分析了不同开孔直径和开孔形状对复合材料层合板拉伸性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立逐渐损伤失效模型,对复合材料层合板的拉伸强度进行数值模拟。研究结果表明:对于不同开孔直径的复合材料层合板,随着圆孔直径的增大,拉伸强度显著下降,对于不同开孔形状的复合材料层合板,含圆孔的层合板拉伸强度最大,然后依次是椭圆孔、方形孔、菱形孔,层合板的断裂模式都为过孔破坏。数值模拟得到的强度值与试验测量的强度值吻合较好,为含孔复合材料层合板的强度预测提供了一种有效的方法。     

含孔复合材料层合板拉伸失效分析研究

对国产T700/双马树脂基复合材料的含孔层合板进行了拉伸失效分析研究,分析了不同开孔直径和开孔形状对复合材料层合板拉伸性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立逐渐损伤失效模型,对复合材料层合板的拉伸强度进行数值模拟。研究结果表明：对于不同开孔直径的复合材料层合板,随着圆孔直径的增大,拉伸强度显著下降,对于不同开孔形状的复合材料层合板,含圆孔的层合板拉伸强度最大,然后依次是椭圆孔、方形孔、菱形孔,层合板的断裂模式都为过孔破坏。数值模拟得到的强度值与试验测量的强度值吻合较好,为含孔复合材料层合板的强度预测提供了一种有效的方法。     

高温环境对含孔复合材料层合板屈曲性能的影响

为了研究高温环境下含有不同直径大小的孔的碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能与室温环境下的屈曲性能之间的差异,首先对纵向压缩载荷作用下碳纤维增强复合材料层合板的临界屈曲载荷的计算理论进行了分析并选定了用于衡量屈曲性能的指标——最小正特征值;随后,在商业化有限元软件ABAQUS中建立了一系列含有不同孔径大小的碳纤维增强复合材料层合板的有限元模型,并通过改变材料的性能参数来模拟碳纤维增强复合材料层合板所处的温度环境.ABAQUS软件的屈曲分析结果表明:高温环境会使得碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能有所下降,且随着孔径的增大,碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能降低得越快.     

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.     

轴对称壳体胶连接头粘弹性应力分析

基于Ｓｃｈａｐｅｒｙ单积分本构关系，推导了复合材料屈合壳和胶层材料的线性粘弹性本构关系，给出了轴对称复合材料壳体胶连接头粘弹性有限元分析程序。通过数值计算，对考虑粘弹性效应后胶层中的应力分布进行了讨论，得到了一些有益结果。     

层合板厚度对桥接和层间断裂韧性影响的研究

复合材料层合板分层扩展行为的准确模拟与分析对层合板结构设计十分重要.针对现有研究未定量描述Ⅰ型层间断裂韧性与层合板厚度之间关系这点不足,借助ABAQUS有限元软件建立平面应变模型,通过对厚度与层数比例的控制,采用迭代方法来确定试样厚度对桥接区牵引分离行为的影响.同时,考虑内聚力本构关系,利用有限元方法研究厚度为2、4、8 mm的单向碳/环氧复合材料试样层间分层扩展行为.结果表明,层间的稳态断裂韧性随着试样厚度的增加而增加,但初始断裂韧性与厚度无关,进而验证试样厚度对层合板层间断裂韧性的影响,分析结果与实验值有较好的一致性.     

复合材料层合板应力分析的小波有限元法

为提高层合板数值计算精度和效率,基于复合材料层合板理论,采用同尺度不同阶数区间B样条小波(BSWI)尺度函数的张量积插值,构造满足节点位移、挠度及其导数连续性和兼容性的BSWI层合板单元转换矩阵,并从虚功原理出发,推导了层合板单元BSWI单元刚度方程,计算并分析了层合板承受轴向拉伸时对角线OA上各点挠度与板心O距离变化关系及应力、应变沿板厚分布规律.数值结果表明:BSWI有限元法在复合材料层合板应力分析方面,可用较少单元和自由度数获得较高计算精度.     

基于软件工程的层壳非线性有限元分析建模

对于非线性复合材料层合板壳的有限元分析,关键在于如何根据结构分析的特点构造其数学模型。按一次板壳理论,以四边形四节点单元为例,介绍了其数学建模的过程与方法,导出了层合板壳有限元分析模型,并给出了基于软件工程的计算机逻辑模型。     

复合材料层合板优化设计的样条有限元法

工程结构中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的灵敏度，并对参数进行优化分析，对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义。用样条有限元法，导出了层合板的振动方程，建立了求解反对称层合板响应灵敏度的计算公式。在基于灵敏度分析的基础上，进行了复合材料层合板的基频分析和优化设计，并用网格法计算出最佳铺层角，数值算例验证了该算法的有效性。     

用有限条法分析复合材料多层板壳

本文在文献[1]的基础上,将有限条法用于复合材料多层扁壳和板的分析。针对不同的边界条件给出了基本函数,推导出了单元刚度矩阵和载荷列阵。文中给出了算例,并与解析解进行了比较,结果表明,本文方法精度很高,用于复合材料板、壳分析是有效的     

基于Mindlin理论的复合材料层合板的有限元分析

以带转角的4节点20个自由度的四边形复合材料层合板单元为研究对象，建立了基于Mindlin一阶剪切变形理论的任意铺设情况层合板的有限元分析方法。该方法克服了在Kirchhoff假定下的板元素只能适用于很薄的高模量层合板元和较薄的低模量板元的局限性，具有实用性更广，精度较高的优点。     

损伤粘弹性正交铺设层合板的非线性振动分析

研究了考虑横向剪切变形和损伤效应的粘弹性正交铺设层合中厚板的非线性自由振动问题.基于一阶剪切变形理论、应变等效假设和Boltzmann叠加原理,建立了考虑横向剪切变形和损伤效应的粘弹性层合中厚板的非线性自由振动控制方程,且应用有限差分法、Newmark法和迭代法进行求解.算例中,具体讨论了损伤效应、不同跨厚比和长宽比对粘弹性层合板的非线性自由振动幅频响应曲线的影响.     

内部分层对复合材料层合板承载能力的影响

根据含分层损伤复合材料的高阶有限元模型,分析了内部分层对复合材料层合结构的影响。分析表明,内部分层将引起层合板应力分布变化,应力值提高,由此将导致复合材料层合结构承载能力的显著下降。     

含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度数值分析

综述了作者在含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度的研究方面所取得的一些近期进展。（1）基于“Zig-Zag”模型和Mindlin一阶剪切变形板理论,推导了复合材料夹层板线性和非线性屈曲分析的有限元列式;（2）推导了材料性质与温度有关的复合材料夹层板增量求解形式的有限元列式;（3）针对具有面板和芯体间界面开裂和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征,分别提出了分层模型和多标量损伤模型,并推导了多标量形式的损伤本构关系;（4）建立了考虑桥联影响的具有表板与芯体开裂损伤的复合材料夹层板屈曲分析有限元列式;（5）以整体－局部变分原理为基础,提出了复合材料夹层板后屈曲分析的有限元分析方法,研究了含表板／芯体开裂损伤的复合材料夹层板的后屈曲路径,以典型结构为例,讨论了表板铺设方向,开裂面积大小,桥联刚度和结构边界支撑对含损复合材料夹层板的前后屈曲性态的影响。     

层合板有限元法在钢丝网水泥平板中的应用

本文采用四结点20自由度的矩形板单元,对任意铺层层合板的弯曲-拉(压)耦合问题进行了有限元分析,计算出板的位移、内力、应力,应变和极限荷载.其计算程序适用性较广,也可用于各向同性板的弯曲-拉(压)耦合问题.对文献中的一些算例进行了计算,计算表明,对于非对称铺设的层合板,耦合作用不能忽略.对钢丝网水泥平板以及钢丝网水泥/玻璃钢复合的层合板除计算外,还进行了试验,二者结果较为一致.试验还表明,复合层合板的承载能力较之钢丝网水泥板的承载能力大为提高.     

超音速下梯形复合材料层合板的气动热弹性分析

发展了有限元分析方法,对超音速环境中梯形复合材料层合板的气动热弹性问题进行了研究。考虑可压缩流和斜激波的影响,采用一阶活塞理论来表示气动压力。针对复合材料层合板的不规则结构,以及由于气动加热而产生的复杂温度分布,利用有限单元法,建立梯形复合材料层合板的热传导方程和气动热弹性耦合运动方程。通过热传导方程得到板的温度分布,再结合气动热弹性运动方程分析梯形板的气动热弹性特性。通过数值计算,研究了气动加热和铺设角对超音速下梯形板的固有频率和模态的影响。