动力松弛法解双模量复合材料叠层板的弯曲问题

本文用动力松弛法(DR法)分析了双模量复合材料叠层板的线性弯曲问题。文中介绍了用DR法求解该问题的主要步骤及保证数值计算稳定性的重要参数——虚拟密度的计算方法,给出了三种双模量复合材料正交叠层简支矩形板在正弦载荷及均布载荷作用下的中性面位置、挠度和内力等的数值结果。与现有的精确解比较以及计算实践表明,该法简便、准确,易于程序化,是一种比较有效的数值分析方法,值得研究并推广应用。     

纳米Fe_3O_4与纳米SrO·6Fe_2O_3填充丁腈橡胶复合材料的摩擦磨损性能比较

采用共混法制备了NBR/Fe3O4复合材料和NBR/SrO.6Fe2O3复合材料,使用UMT-2MT摩擦磨损试验机和2206型表面粗糙度测量仪对复合材料的摩擦系数和摩擦磨损状况进行了测试.通过扫描电子显微镜与X射线能量色散谱仪对NBR/Fe3O4复合材料的表面微观形貌以及纳米粒子在橡胶中的分布情况进行了探讨.结果表明:2种纳米材料的加入均能够改善NBR的耐磨性,其中NBR/Fe3O4复合材料的耐磨效果更佳.Fe3O4和SrO.6Fe2O32种纳米粒子的最佳添加量均为10%左右(质量分数).纳米Fe3O4粒子的加入使得NBR的摩擦系数与磨损率有较大幅度的减小,而纳米SrO.6Fe2O3在添加量为10%～30%的范围内,随着添加量的加大,摩擦系数与磨损率不断加大.NBR/Fe3O4复合材料在纳米粒子含量10%左右时具有较好的表面结构,且纳米Fe3O4粒子在复合材料中分布较为均匀.     

剪力对楔形变截面双模量梁弯曲应力的影响

推导出了楔形矩形变截面双模量梁的截面高度表达式,利用静力平衡方程确定了楔形矩形变截面双模量梁弯曲时的中性层位置,得到了楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式.在考虑剪切变形影响的基础上,利用楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式,推导出了楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力计算公式.通过算例分析,讨论分析了楔形矩形变截面双模量梁的楔度比、剪力、长高比等对矩形截面双模量梁弯曲正应力的影响.研究结果表明:随着楔度比的增大,楔形矩形变截面梁弯曲拉、压正应力绝对值逐渐减小.当矩形截面双模量梁的长高比小于一定比值,剪力会对楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力产生较大的影响.得到了拉压弹性模量相差较大的情况,采用经典材料力学理论进行楔形矩形变截面双模量梁的弯曲应力计算分析是不合适的,应该采用双模量材料力学理论对梁弯曲应力进行分析计算的结论.     

均匀内压作用下双模量简支扁壳的非线性弯曲

双模量扁壳在均匀内压作用下,会形成拉压弹性模量不同的各向同性拉伸区和压缩区,把双模量扁壳看成两种材料组成的层合扁壳,采用板壳理论求得了双模量扁壳在均匀内压作用下中性面位置;推导出了双模量扁壳挠度与均匀内压的关系式,并把该方法的计算结果与有限元方法计算结果进行了比较,验证了该计算方法的可靠性。算例分析表明,当拉压弹性模量相差较大时,将双模量材料当作单模量材料计算,其误差绝对值最小值为24.4%,误差绝对值最大值为35.38%。因此,均匀内压作用下双模量简支扁壳的大挠度弯曲计算必须考虑双模量材料拉压弹性模量不同的特性。     

双模量泡沫铝芯夹层梁的自由振动分析

对模量泡沫铝芯夹层梁的固有振动问题进行了研究。利用双模量的材料应力-应变方程,推导出了双模量材料剪切弹性模量计算公式,证明了双模量梁中性轴位置不受作用在梁上的横向载荷的影响。在考虑剪切变形的基础上,建立了双模量泡沫铝芯夹层梁的强迫振动控制方程,推导出了双模量泡沫铝芯夹层梁固有振动问题的振型函数及固有频率计算公式,并分析了剪切变形及泡沫铝芯夹层的拉压弹性模量对双模量泡沫铝芯夹层梁固有振动频率的影响。研究表明:泡沫铝芯夹层梁固有振动时,其固有振动波形是不连续的,奇数波型与偶数波型之间存在间断点;剪切变形及泡沫铝芯夹层的拉压弹性模量对双模量泡沫铝芯夹层梁固有振动的影响是不能忽略的。     

CALCULATION OF DYNAMIC LOAD IMPACT OF BIMODULOUS BEAM WITH CONSIDERATION OF SHEAR EFFECT AND DAMPING

在考虑剪切效应及阻尼的基础上,采用线性振动理论研究了双模量梁动载荷问题的冲击计算. 建立了双模量梁动载荷问题的振动微分方程,推导出了双模量梁动载荷问题的动位移、动载荷系数、冲击时间的表达式,并讨论分析了剪切效应及阻尼对双模量梁动载荷冲击问题的影响. 算例分析表明,对于某些双模量梁动载荷冲击问题,剪切效应及阻尼的影响是不能忽略的.     

用能量法研究双模量大挠度圆板的轴对称弯曲

双模量圆板在外载荷作用下发生轴对称弯曲变形时,会形成各向同性的拉伸区和压缩区.此种情况下,可把双模量圆板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用弹性理论建立了双模量圆板在外载荷作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了双模量圆板的中性面位置.在此基础上,采用能量法研究了双模量大挠度圆板轴对称弯曲变形问题,将该方法计算结...     

用能量法计算双模量深梁的弯曲挠度

为了得到双模量深梁弯曲变形挠度的实用计算方法,在考虑剪切变形的基础上,采用能量法研究了双模量深梁在外载荷作用下的弯曲变形挠度计算问题,并推导出了双模量深梁弯曲挠度的计算公式.把能量法的挠度计算结果与弹性理论方法的挠度计算结果进行比较,可知用能量法研究双模量深梁的弯曲变形不但计算过程简便,而且计算精度也很高.研究结果表明,双模量深梁的剪切形状因子与双模量材料的拉压弹性模量有关,而各向同性材料深梁的剪切形状因子却与它的弹性模量无关,所以双模量深梁的剪切形状因子与各向同性材料深梁的剪切形状因子有着本质上的区别.     

柔性复合材料及其应用

本文综述了目前柔性复合材料的研究。柔性复合材料具有大变形和非线性弹性的特点,基本分析建立在经典的层合理论和非线性弹性力学的基础上。这种材料的应用实例有帘子线/橡胶复合材料,涂层纤维织物,以及含波纹纤维的复合材料等。      

基于扩展有限单元法的短纤维/橡胶复合材料裂纹扩展分析

为了研究短纤维/橡胶复合材料裂纹在拉伸载荷作用下的扩展演化规律,应用扩展有限元法对预制裂纹的短纤维/橡胶复合材料的裂纹扩展进行了数值模拟.采用随机顺序吸附算法在ABAQUS软件中生成短纤维分布模型,分析了失效准则参数(最大许用主应力和裂纹表面能)、短纤维细观参数(体积含量、长度和取向角)对裂纹扩展行为的影响规律,探究了...     

一种考虑剪切作用的各向异性超弹性本构模型

基于纤维增强复合材料连续介质力学理论,提出了一种轮胎帘线/橡胶复合材料的各向异性超弹性本构模型. 应变能被分解为分别代表橡胶、帘线、帘线/橡胶之间的角剪切和正剪切应变能4个部分. 给出了模型参数的简单确定方法,通过拟合文献中的实验数据,得到了本构模型参数,并用该模型预测了其他变形条件下的力学行为,得到了和实验数据较一致的结果,验证了该模型的有效性,为整体轮胎的有限元分析打下了基础.     

用广义变分原理求解多节点双模量静不定桁架

在外载荷作用下的多节点双模量静不定桁架平衡问题,是任意有限多个自变量的多元函数在任意有限多个约束条件下的极值问题,采用广义变分原理可以方便求解多节点双模量静不定桁架内力．通过求解多节点双模量静不定桁架内力的几个算例,阐述广义变分原理在计算多节点双模量静不定桁架内力中的应用．研究结果表明：采用广义变分原理求解多节点双模量静不定桁架内力的通用性较强,所求的结果是精确解析解．采用广义变分原理求解多节点双模量静不定桁架内力的方法不但克服了常规方法需利用几何关系建立协调方程的缺陷,且具有力学概念清晰直观、计算过程简便、便于工程设计人员在实际中掌握和计算等优点．     

拉压双模量问题的动力分析

给出拉压双模量单自由度振动解析解,应用逐步积分法,求解拉压双模量多自由度振动问题。计算分析显示了此类材料的一些振动特性和特殊现象。     

拉压双模量问题的动力分析

给出拉压双模量单自由度振支解析解，应用逐步积法，求解拉压双模量多自由度振动问题，计算分析显示此类材料的一些振动特性和特殊现象。     

用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷

采用等效力系变换矩阵研究了双模量静不定桁架极限载荷问题．首先证明了固体的等效力系变换矩阵与等效位移变换矩阵是互为转置的矩阵,采用等效力系变换矩阵求解双模量静不定桁架结构的内力,然后再利用静力方程确定双模量静不定桁架结构的极限载荷．当力的变换关系可以根据物理条件容易求得,而位移的变换关系不容易找出时,用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷,就更能显示出其计算过程简洁、清晰等优点．用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷不涉及材料的性质,对各向同性材料、双模量材料静不定桁架极限载荷的求解都适用．     

双模量隔冲减振器在半正弦波冲击环境下响应的数值分析

将环境对双模量隔冲减振器的冲击分为两个阶段,在半正弦波冲击作用阶段采用双自由度模型进行响应计算,并以终了时刻的位移和速度作为自由振动阶段的初始条件,对自由振动阶段的单自由度模型进行响应计算。分析了某双模量隔冲减振系统在受半正弦波环境冲击下的响应特性,并与线性系统在受该冲击下的性质进行了比较。分析结果表明较易实现的双模量隔冲减振器具有较好的效果。     

双模量面板泡沫铝芯圆形层合板的非线性弯曲

双模量材料是典型的拉压弹性模量不同的材料,在均匀外载荷作用下,双模量面板泡沫铝芯圆形层合板相当于三种不同材料组成的层合板。采用弹性理论建立了双模量面板泡沫铝芯圆形层合板在均布载荷作用下的静力平衡方程,利用该静力平衡方程确定了层合板的中性面位置。在此基础上建立了双模量面板泡沫铝芯圆形层合板的大挠度弯曲微分方程组,求得了层合板中心挠度与均布载荷的关系式。该方法计算结果与有限元计算结果的最大误差仅为3.8%,这说明该方法是可靠的。算例分析表明不考虑面板拉压弹性模量相异时其计算结果与实际情况相差较大,超过了工程上所允许的计算误差5%。所以,在计算双模量面板泡沫铝芯圆形层合板的非线性弯曲时,不宜采用相同弹性模量弹性理论,而应该采用拉压弹性模量不同的弹性理论。     

炭黑增强橡胶复合材料力学行为的三维数值模拟

本文基于炭黑填充橡胶复合材料具有周期性细观结构的假设,采用一种新的、改进的随机序列吸附算法建立了三维多球颗粒随机分布式代表性体积单元,并通过细观力学有限元方法对炭黑颗粒填充橡胶复合材料的力学行为进行了模拟仿真。研究结果表明：采用改进的随机序列吸附算法所建立的模型更加便于有限元离散化;模拟中周期性边界条件的约束,使其更加符合实际约束的真实情况;炭黑填充橡胶复合材料的有效模量明显高于未填充橡胶材料,并随着炭黑颗粒所占体积分数的增加而增大;通过比较发现,本文提出的多球颗粒随机分布式三维数值模型对复合材料的应力-应变行为和有效弹性模量的预测结果与实验结果吻合良好,证实了该模型能够用于炭黑颗粒增强橡胶基复合材料有效性能的模拟分析。     

帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型

帘线/橡胶复合材料广泛应用于轮胎等重要工程领域,为了描述其在服役条件下的大变形、非线性、各向异性和高应变率等材料力学行为,基于纤维增强复合材料连续介质力学理论,提出了一种考虑应变率效应的帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型. 该模型中单位体积的应变能被解耦为便于参数识别的基体等容变形能、帘线拉伸变形能、剪切应变能和黏性应变能四部分. 给出了模型参数的确定方法,并通过拟合文献中单轴拉伸、偏轴拉伸实验数据,得到了模型参数. 利用该模型预测了不同加载和变形条件下的力学行为,并将预测结果与实验结果对比分析. 结果表明, 考虑黏性模型和不考虑黏性模型对不同应变率变形条件下的预测结果相差很大,且考虑黏性模型的预测结果与实验结果吻合很好. 因此,与不考虑黏性模型相比,所提出的各向异性黏-超弹性本构模型能更好地表征帘线/橡胶复合材料在大变形、高应变率条件下的力学特性.      

任意边界条件下双模量矩形薄板的弯曲

将双模量板等效为两个各向同性小矩形板组成的层合板,假定该层合板的中性面即为两个小矩形板的交界面。根据中性面上应力为零且薄板全厚度上应力的代数和为零,推导了双模量矩形薄板的中性面位置。本文采用严宗达提出的带补充项的双重正弦傅里叶级数通解,该通解可以适用于任意边界条件的矩形薄板且不需要叠加或者重新构造。联立边界条件和控制方程,求得通解中的待定系数并代入到通解中,即可得到任意边界条件下双模量矩形薄板的弯曲解析解。与有限元结果比较,本文结果符合工程精度要求。