激光声表面波检测黏弹性平板裂痕有限元模拟

基于平面应变理论和频域动力学平衡方程,在频域中建立黏弹性平板表面激光激发声表面波的有限元数值模型.在分析材料的黏性特征对Rayleigh波传播特征影响的基础上,模拟了Ray-leigh波在黏弹性平板表面裂痕处发生的声波反射及模态转换的过程,进而计算了表面裂痕的位置及深度.模拟结果表明,激光Rayleigh波通过表面裂痕发生了明显的反射,并相继产生了两个反射Rayleigh波RR及RS,通过研究反射Rayleigh波RR及RS产生的物理机理,可以判定其表面裂痕的位置及深度,从而为定量检测黏弹性材料表面的缺陷提供理论依据.     

基础激励下黏弹性阻尼复合薄板的振动响应有限元分析

为了更好地研究黏弹性阻尼的减振特性,亟需建立黏弹性阻尼复合结构的动力学分析模型并进行振动响应分析.本文以基础激励作用下的悬臂板为例,研究采用有限元获得黏弹性阻尼复合板振动响应的方法.首先,建立了基础激励作用下黏弹性阻尼复合板的有限元方程,推导了复合结构刚度矩阵、质量矩阵的求解公式;然后,描述了黏弹性复合结构振动响应的求解方法;最后,以一个基体材料为Ti-6Al-4V,阻尼材料为ZN-1的复合悬臂板为例,进行了实例研究,分别用本文方法和ANSYS软件求解了黏弹性阻尼复合板的频域响应.结果表明,采用两种方式获得的频域响应的结果基本一致,验证了所开发的黏弹性复合板有限元分析程序的正确性.上述研究为基于黏弹性材料频率依赖性,分析复合结构的振动响应特性提供了参考.     

黏弹性HTI介质中地震波的传播特征

为了提高地质勘探的精度,本文主要通过理论推导和数值模型计算研究了黏弹性HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的传播特征,其参数包括相速度、慢度、偏振向量等,并基于依据传播方向定义的慢度向量和分量定义的慢度向量,通过求解Christoffel方程推导出黏弹性HTI介质中均匀波的相速度、偏振向量、慢度、群速度的精确计算公式,经过对比分析得出:特殊分量法在给定传播方向N的情况下提供了一种更为简单的求取无约束黏弹性各向异性介质中均匀、非均匀波波动参数的方法。采用特殊分量法,推导了黏弹性HTI介质中非均匀波的二维、三维波动参数表达式,并采用数值模型计算,研究了黏弹性HTI介质中非均匀SH波的相速度随非均匀系数D及弹性参数虚部k值的变化规律,结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,可见在黏弹性HTI介质中相速度随方位角变化的规律可指明介质的对称轴方向,k值的大小也对相速度的各向异性产生影响,但沿对称轴方向速度大小不变。     

蒸汽压力作用下黏弹性半平面问题的断裂分析

研究了蒸汽压力作用下黏弹性半平面的断裂问题.利用Fourier变换法、Jacobi多项式方法和黏弹性对应原理,获得了弹性和黏弹性半平面中裂纹的应力强度因子、张开位移和滑移位移.数值算例揭示了蒸汽压力作用下弹性半平面中裂纹应力强度因子与回流焊时间、几何尺寸的关系,以及黏弹性参数对裂纹张开位移和滑移位移稳态和瞬态响应的影响.     

耦合各向异性蠕变损伤的黏弹性薄板的弯曲

设损伤张量的主方向与应力张量主方向相同,基于Schapery的耦合损伤增长的对应原理,得到考虑各向异性蠕变损伤的黏弹性本构关系.将薄壁结构沿厚度方向分层,建立层合模型,且由Kachanov的损伤演化方程描述损伤沿层中各点处2个主方向的发展.具体分析了承受均布荷载的四边简支黏弹性薄板的弯曲,给出耦合各向异性损伤黏弹性薄板蠕变弯曲问题的控制方程、边界条件以及求解方法.数值算例表明:黏弹性薄板弯曲时的材料主方向与时间基本无关;当荷载在一定范围内时由于内力的重新分布,考虑损伤后的黏弹性薄板挠度最后趋于稳态值;损伤沿厚度方向的非均匀演化引起拉弯耦合效应增加了板的变形;基于各向同性损伤模型所得板的蠕变变形大于各向异性损伤模型所给出的值.     

分数导数黏弹性标准线性固体半无限长杆中纵波的传播

在半无限黏弹性长杆中,波在传播过程中波阵面强度会降低,其强度的衰减与黏弹性材料的性质有关.为了分析波在黏弹性杆件传播过程中波速和衰减因子的变化情况,基于分数阶导数理论,分析了黏弹性标准固体模型相关参数对波速和衰减因子的影响,所建模型能够较好地描述出纵波在传播过程中波的相速度和衰减因子的变化.在黏弹性标准固体模型复柔量的基础上,分析了分数导数黏弹性微分算子的阶数、角频率与延迟时间数对波相速度和衰减因子的影响.结果表明:随着延迟时间值的增大,纵波在黏弹性线性标准固体半无限长杆中的传播相速度不断地增大,而衰减因子不断减小;随着分数导数微分算子的增大,纵波传播相速度和衰减因子呈现出先增大后减小的趋势.     

立体停车结构抗震性能及水平阻尼支撑参数优化

将原研发的水平阻尼支撑应用于高层立体停车结构,以框架停车区平面剪切角及升降区平面剪切角在水平激励下的峰值响应为性能指标,使用ANSYS软件的APDL语言建立了参数化车库-阻尼器模型,通过动力时程分析,研究了支撑杆件布置方案、黏弹性材料的阻尼系数与损耗因子变化对水平阻尼支撑响应控制效果的影响,经比较分析后确定了优化后的水平阻尼支撑参数.结果表明,当支撑杆布置选取最优方案,黏弹性材料阻尼系数取200kN·s/m、损耗因子取5.0时,在不同二维地震波作用下,结构的停车区平面剪切角峰值分别下降了65.67%、51.72%、51.59%,升降区平面剪切角峰值分别减少了73.23%、72.51%、75.36%,结构平面内梁柱变形同步性增强,升降设备工作环境稳定性明显提升,水平阻尼支撑工作状态良好.研究结果对黏弹性阻尼器应用于高层立体停车结构以及高层立体车库设计具有指导意义.     

基于特定材料的冲击弹性波传播规律探析

为了更好地研究冲击弹性波在平台上的传播规律,选用特定的各向同性材料和各向异性材料搭建实验平台,探究冲击弹性波在平台上的传播规律。以环氧玻璃布层压板为各向异性材料,以有机玻璃厚板为各向同性材料,利用黏附在该特定材料上的PVDF传感器群,采集并分析不同厚板和层叠板在冲击条件下弹性波的传播规律。实验结果表明,在各向异性材料上,沿纤维排列方向的横波传播速度最快,纵波的传播速度最慢;各向异性材料层叠板的纵波传播速度远慢于该材料的层压厚板的纵波传播速度;沿特定角度设置的测试通道远离材料中心区域横波的传播速度较大。基于实验结果提出有利于隔冲材料上弹性波传递和扩散的材料组合方式,即设计隔冲复合材料时加入规则排布的高声波速率的纤维材料,将隔冲材料整体设计为分层结构并且在材料边缘设置一定数量的90°锯齿形结构。     

各向异性全平面包含多边形夹杂的非均匀问题内部弹性场的近似算法

对于各向异性全平面中包含多边形夹杂的非均匀问题,提出一种精确的闭型解和简单的迭代方法.基于特征应变等效体力的概念,首先,用沿着夹杂物边界的格林函数的线积分表示诱导弹性场;然后,将此闭形解应用到各向异性全平面中包含多边形夹杂的模型中,迭代计算夹杂为正方形和三角形量子线模型的内部弹性场;最后,将数值结果与边界元方法计算的结果进行对比.研究表明,两种算法的结果比较吻合.     

保角映射方法在各向异性板断裂分析中的应用

采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法,引用适当的保角变换,研究各向异性板中穿透性直线裂纹的平面弹性问题。借助应力边界条件推出应力函数的表达式,得到Ⅰ型裂纹尖端附近的应力强度因子、应力场及位移场的解析解.     

Analytical and experimental study on wave propagation problems in orthotropic media

Wave propagation problems in orthotropic media are studied jointly by analytical and experimental methods in this paper. Dynamic orthotropic photoelasticity, which studies experimentally the dynamic behavior of orthotropic materials on a macroscopic scale by employing orthotropic birefringent materials, is established. A dynamic stress-optic law for orthotropic birefringent materials is postulated and practical methods of calibrating dynamic mechanical constants and dynamic stress-fringe values are proposed. Meanwhile, time domain boundary element method (BEM) for wave propagation in orthotropic media, is also presented based on the theory of elastodynamics. A scheme of stress calculations that is necessary for strength analysis is established. The paper stresses on the applications in wave propagation problems in orthotropic media by demonstrating three examples. The semi-infinite orthotropic plates with and without a circular hole modeled by a unidirectional fiber-reinforced composite under impact loading are analyzed. Time histories of birefringent fringe orders or stresses for specific points of the plates are obtained respectively from the two methods and compared with each other. Based on the above comparative study, the dynamic response of an underground workshop under seismic waves is studied by time domain BEM. The responses of displacements and stresses are solved. The effects of angle and frequency of incident waves and the degree of media anisotropy on dynamic response of the underground workshop are investigated.     

基于激光无损扫描的纤维增强复合材料参数测试仪研发

研发了基于激光无损扫描的纤维增强复合材料参数测试仪.首先,以纤维增强复合梁试件为例,实现了其固有频率和振动响应的理论求解.然后,选取合适的步长来构造材料参数的迭代向量,并详细介绍了纤维增强复合材料参数的辨识原理.进一步,基于复合梁试件的激振平台、激光扫描装置、信号发生及数据采集器等功能部件,完成了测试仪硬件结构的搭建,并对基于LabVIEW编写的软件及其各个模块的功能和测控优势进行了说明.最后,利用该仪器辨识获得了三个TC500碳纤维/树脂基复合梁试件在不同纤维方向对应的材料参数,并与厂家所给的相关结果进行了对比,偏差在0.63%~10.61%之间,证明了所开发的材料参数测试仪的可靠性及其算法的有效性.     

2019年先进纤维复合材料研发热点回眸

高性能纤维复合材料作为典型的先进纤维复合材料,无论在军用还是民用领域都拥有极为广泛的应用前景,近年来已成为世界各国研究的热点和重点。通过回顾2019年全球范围内高性能纤维复合材料在新产品、新工艺以及新市场等方面取得的科技进展,对美国、日本、欧洲和中国高性能纤维复合材料的研究重点进行了总结并分析了未来高性能纤维复合材料的发展趋势。     

正交异性椭圆薄板和叠层板的大挠度弯曲

本文采用摄动法,以中心挠度为摄动参数,研究了固定支承的正交异性椭圆薄板和叠层板在均布载荷作用下的大挠度弯曲。并以石墨/环氧纤维增强复合材料为例对各种长、短轴比值F的薄椭圆板和对称正交铺设叠层椭圆板(包括圆板和无限长板)作了数值分析。     

复合材料内部损伤发展的理论研究

本文给出一种从细观角度研究复合材料内部伤发展的理论方法，并就单向层合板受面内剪切外载作用下的内部损伤发展进行了具体讨论，所得到的结论和现有的试验结果完全一致。     

大变形条件下纤维增强复合材料的有效性能

纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能,其应用领域十分广阔．在其中的许多应用中,复合材料会发生大变形．本文建立了大变形条件下纤维增强树脂基复合材料的细观力学模型和均匀化方法,计算了复合材料在不同应变情况下的有效切线模量,研究了纤维性能、体分比和组成方式对复合材料有效性能的影响．研究表明,在大变形条件下,复合材料的有效切线性能随着纤维性能和体分比的提高而显著提高,而纤维束增强复合材料的有效切线性能要优于单丝纤维增强复合材料的有效切线性能．     

正交异性复合材料单向板非弹性主方向的裂纹尖端应变与位移

本文给出了正交异性复合材料单向板非弹性主方向在对称载荷作用下的裂纹尖端应变与位移的计算公式。作为特例,还给出了弹性主方向的Ⅰ型裂纹尖端应变与位移的统一表示式。     

瑞利波泄漏模式的模拟研究

瑞利导波相速度频散曲线有时会出现截止或截断现象,此时必须考虑泄漏模式波的存在,如何快速求取泄漏模式波的相速度大小是研究的核心问题．采用添加附加层的方法,使瑞利波实频散方程求根的范围包含所有的层速度区域,从而可用Abo—zena,Menke和Bixing Zhang等学者研究过的传递矩阵理论,利用二分法求解相速度大小,即用导波来模拟计算泄漏模式波相速度大小．从模拟计算结果来看,附加层法不仅能模拟出原模型的实数导波,而且还能计算出泄漏模式波的变化．由此可见,用附加层法来计算瑞利波的泄漏模式是可行的;同时,若将该方法应用于瑞利波勘探的反演,它不会增加未知数的个数。     

超虚干涉法压制瑞利波研究

常规的瑞利波压制方法是利用瑞利波和有效波在频率或视速度方面的差异,对瑞利波进行分离和压制,在差异较小时,压制效果不理想。针对这一问题,引入超虚干涉法实现瑞利波压制。该方法是一种数据驱动的方法,不依赖频率和视速度信息,且对于复杂地表有较好的适用性。与传统干涉法只能预测检波点间的瑞利波并要求检波点附近存在真实炮点相比,超虚干涉法可以直接得到炮点至检波点的瑞利波,进而通过多道L1范数自适应相减法去除瑞利波。通过合成数据处理,利用该方法压制瑞利波取得一定的效果。     

An Investigation of Stimulating the Autoclave Curing Process of Resin Matrix／Fiber Reinforced Composite Material, Ⅰ ： Process model

A mathematical model is made which describes the curing process of composites constructed from continuous fiber-reinforced, thermosetting resin matrix prepreg materials, and the consoli-dation of the composite is developed. The model provides the variation of temperature distribu-tion, the entre reaction process in the resin, the resin flow and fibers stress inside the composite,and the void variation and the residual stress distribution. It can be used to illustrate the mecha-nism of curing process and optimize the cure cycle of composite material in order to ensure the quality of a product.