基于各向异性修正偶应力理论的Reddy型层合板的自由振动

论文基于各向异性修正偶应力理论建立了只含一个尺度参数的Reddy型复合材料层合板的自由振动模型.同见诸于文献的细观尺度Kirchhoff薄板偶应力模型相比,论文提出的新模型能够更精确的预测细观尺度下的中、厚层合板的自振频率.基于Hamilton原理推导了细观尺度下Reddy型复合材料层合板的运动微分方程以及边界条件,并以正交铺设的四边简支复合材料层合方板为例进行了解析求解,分析了尺度参数对自振频率的影响并对比了Kirchhoff、Mindlin和Reddy等三种板模型计算结果的异同.算例结果表明论文所给出的模型能够捕捉到复合材料层合板自由振动问题的尺度效应.另外,在细观尺度下Kirchhoff板模型所预测的自振频率相对于Mindlin板模型和Reddy板模型总是过高,且越接近厚板三者的差别就越大,这与经典理论中三种板模型的对比情况是一致的.     

新修正偶应力理论Reddy型层合板稳定分析

基于新修正偶应力理论建立了一个Reddy型复合材料层合板稳定性模型。该理论中曲率张量不对称,而偶应力矩张量对称。Reddy型层合板模型能够满足横向剪切应力为0的自由表面条件,而且横向剪切为二次函数,避免了常剪力一阶理论需要引入的剪力修正系数。为了便于工程应用,通过虚功原理推导了只含纤维材料尺度参数正交铺设的Reddy型层合板偶应力模型的稳定性方程,并以微尺度正交铺设四边简支层合方板为例,分析了不同铺设角和轴向载荷作用时临界载荷的细观尺度效应,并且与一阶剪切变形和Kirchhoff板理论结果对比。结果表明,本文建立的新修正偶应力Reddy型层合板模型更适合分析较厚的复合材料层合板稳定性的尺度效应。     

基于新修正偶应力理论的Mindlin层合板稳定性分析

基于新的各向异性修正偶应力理论提出一个Mindlin复合材料层合板稳定性模型。该理论包含纤维和基体两个不同的材料长度尺度参数。不同于忽略横向剪切应力的修正偶应力Kirchhoff薄板理论,Mindlin层合板考虑横向剪切变形引入两个转角变量。进一步建立了只含一个材料细观参数的偶应力Mindlin层合板工程理论的稳定性模型。计算了正交铺设简支方板Mindlin层合板的临界载荷。计算结果表明该模型可以用于分析细观尺度层合板稳定性的尺寸效应。     

基于新修正偶应力理论的Mindlin层合板热稳定性分析

以新修正偶应力理论为基础,首次提出了机械载荷与热载荷共同作用下的微尺度Mindlin层合板热稳定性模型,该模型只引入一个材料尺度参数,通过虚功原理推导出了控制方程和边界条件,以四边简支方板为例,进行了热稳定性分析,应用纳维叶解法得到解析解。结果表明,所建模型可以捕捉到尺度效应。材料尺度参数值越大,屈曲临界温度越高;当跨厚比增大时,屈曲临界温度下降;随着板几何参数的增大,模型将退化为宏观模型;温度变化量越大,考虑热载荷作用下的屈曲临界载荷越大,尺度效应体现越显著。     

基于修正偶应力和高阶剪切变形理论的变截面微梁的自由振动

基于修正偶应力和高阶剪切理论建立了仅含有一个尺度参数的Reddy变截面微梁的自由振动模型,研究了变截面微梁自由振动问题的尺度效应和横向剪切变形对自振频率计算的影响。基于哈密顿原理推导了动力学方程与边界条件,并采用微分求积法求解了各种边界条件下的自振频率。算例结果表明,基于偶应力理论预测的变截面微梁的自振频率均大于经典梁理论的预测结果,即捕捉到了尺度效应。另外,梁的几何尺寸与尺度参数越接近,尺度效应就越明显,而梁的长细比越小,横向剪切变形对自振频率的影响就越明显。     

复合材料层合板弯曲振动模态阻尼计算方法

本文给出了利用复合材料层合薄板试样弯曲振动测得的正轴方向的３个阻尼系数φ１,φ２,φ１２来计算实际的复合材料层合板结构弯曲振动的各阶模态阻尼的方法     

三参数粘弹性地基上层合板的自由和强迫振动

基于三参数粘弹性地基模型及Reddy高阶剪切变形板理论,用双重Fourier级数形式解求得粘弹性地基上四边简支对称正交及反对称斜交层合板的各模态自由振动频率的解析解,以及这两种层合板在任意横向动荷载作用下动力响应的半解析解。通过参数分析讨论了粘弹性地基参数、边厚比等因素对自振频率及动力响应的影响。结果表明,地基的剪切刚度和压缩刚度提高了板的自振频率而降低了板的振动幅值,地基的粘性作用不可忽略。     

粘弹层合板的稳态振动和层间应力

应用混合分层理论和Ressiner混合变分原理，在板厚方向取二次位移插值函数和三次、四次横向应力插值函数推导出粘弹层合板的动力学方程，得出简支粘弹层合板稳态振动的解。不仅得出与三层弹性板精确的自振频率吻合良好的解，而且对于粘弹层合板，所计算的自振频率和结构损耗因子也与三维结果吻合较好。计算了自由阻尼层合板对应的低阶法向位移响应幅值和层问横向应力的幅值。结果表明，较高的层间横向正应力是低频稳态振动中引起粘弹层合板分层破坏的主要因素，采用适当模量和厚度的粘弹性材料将有效地降低粘弹层合板的层间横向正应力的幅值。     

复合材料层合板自由振动分析的无网格自然邻接点Petrov-Galerkin法

基于一阶剪切变形理论,提出了复合材料层合板自由振动分析的无网格自然邻接点Petrov-Galerkin法。计算时在复合材料层合板中面上仅需要布置一系列的离散节点,并利用这些节点构建插值函数。在板中面上的局部多边形子域上,采用加权余量法建立复合材料层合板自由振动分析的离散化控制方程,并且这些子域可由Delaunay三角形方便创建。自然邻接点插值形函数具有Kronecker delta函数性质,因而无需经过特别处理就能准确地施加本质边界条件。对不同边界条件、不同跨厚比、不同材料参数和不同铺设角度的复合材料层合板,由本文提出的无网格自然邻接点Petrov-Galerkin法进行自由振动分析时均可得到满意的结果。数值算例结果表明,本文方法求解复合材料层合板的自由振动问题是行之有效的。     

纤维曲线铺放的复合材料层合板的自由振动分析

假设曲线纤维的方向角沿板的长度方向按照线性规律变化,导出了纤维曲线铺设时的参考路径,将参考路径沿板的宽度方向平移可得一种曲线纤维增强复合材料单层板,当这种纤维曲线铺设的单层板对称铺放时即可得相应的曲线纤维增强复合材料层合板．基于弹性薄板的小挠度理论,建立了曲线纤维增强复合材料层合板自由振动问题的基本方程,采用微分求积法进行数值求解,得到了层合板的自振频率及相应的振型．与已有文献计算结果的比较,验证了本文计算结果的正确性．通过数值算例分析了微分求积法求解本问题时的收敛性,研究了纤维铺放路径和边界条件的不同对曲线纤维增强复合材料层合板频率及振型的影响,研究结果可为该种结构的设计提供一定的参考．     

碳纳米管增强型复合材料功能梯度板的自由振动模型与尺度效应

基于一种新的各向异性修正偶应力理论,建立了碳纳米管增强复合材料功能梯度板的自由振动模型。该模型能够描述尺度效应,且仅包含一个尺度参数。基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理推演了板的运动微分方程,并以四边简支板为例给出了自振频率的解析解。讨论了板的几何尺寸、碳纳米管体分比含量和分布方式等因素对板的自振频率的影响。结果表明,本文模型所预测的板的自振基频总是高于经典弹性理论的Mindlin板模型的预测结果,两者间的差异在板的几何尺寸接近尺度参数的值时非常明显,且会随着板的几何尺寸的增大而逐渐消失。     

Linear and nonlinear torsional free vibration of functionally graded micro/nano-tubes based on modified couple stress theory

The linear and nonlinear torsional free vibration analyses of functionally graded micro/nano-tubes (FGMTs) are analytically investigated based on the couple stress theory. The employed non-classical continuum theory contains one material length scale parameter, which can capture the small scale effect. The FGMT model accounts for the through-radius power-law variation of a two-constituent material. Hamilton’s principle is used to develop the non-classical nonlinear governing equation. To study the effect of the boundary conditions, two types of end conditions, i.e., fixed-fixed and fixed-free, are considered. The derived boundary value governing equation is of the fourthorder, and is solved by the homotopy analysis method (HAM). This method is based on the Taylor series with an embedded parameter, and is capable of providing very good approximations by means of only a few terms, if the initial guess and the auxiliary linear operator are properly selected. The analytical expressions are developed for the linear and nonlinear natural frequencies, which can be conveniently used to investigate the effects of the dimensionless length scale parameter, the material gradient index, and the vibration amplitude on the natural frequencies of FGMTs.     

Size-dependent free vibration analysis of composite laminated Timoshenko beam based on new modified couple stress theory

A micro-scale free vibration analysis of composite laminated Timoshenko beam (CLTB) model is developed based on the new modified couple stress theory. In this theory, a new anisotropic constitutive relation is defined for modeling the CLTB. This theory uses rotation–displacement as dependent variable and contains only one material length scale parameter. Hamilton’s principle is employed to derive the governing equations of motion and boundary conditions. This new model can be reduced to composite laminated Bernoulli–Euler beam model of the couple stress theory. An example analysis of free vibration of the cross-ply simply supported CLTB model is adopted, and an explicit expression of analysis solution is given. Additionally, the numerical results show that the present beam models can capture the scale effects of the natural frequencies of the micro-structure.     

A size-dependent composite laminated skew plate model based on a new modified couple stress theory

In this study, a size-dependent composite laminated skew Mindlin plate model is proposed based on a new modified couple stress theory. This plate model can be viewed as a simplified couple stress theory in engineering mechanics. Governing equations and related boundary conditions are derived based on the principle of minimum potential energy. The Rayleigh–Ritz method is employed to obtain the numerical solutions of the center deflections of simply supported plates with different ply orientations. Numerical results show that the normalized center deflections obtained by the proposed model are always smaller than those obtained by the classical one, i.e. the present model can capture the scale effects of microstructures. Moreover, a phenomenon reveals that the ply orientation would make a significant influence on the magnitude of scale effects of composite laminated plates at micro scale. Additionally, the present model of thick skew plate can be degenerated to the model of Kirchhoff plate based on the modified couple stress theory by adopting the assumptions in Bernoulli–Euler beam and material isotropy.     

基于逆复合二次径向基函数的对称复合材料层合板自由振动分析

利用逆复合二次径向基函数无网格配点法对Reddy的高阶剪切变形理论进行离散,预测了对称复合材料层合板的自由振动特性.将不同材料参数、几何尺寸和边界条件的层合板固有频率计算结果与相关文献中的结果进行对比,结果表明:逆复合二次径向基函数在对称复合材料层合板自由振动分析方面具有收敛性好及精度高等一系列优点.