反对称铺设复合材料层合板非线性后屈曲分析

基于层合板壳理论，考虑反对称铺设层合板的拉弯耦合效应和后屈曲过程中的非线性几何变形，推导了由应力函数和挠度表示的复合材料层合板的后屈曲控制方程。引入无量纲参数对控制方程和边界条件进行无量纲化，以消除材料参数及几何尺寸对分析结果的影响。采用摄动法将无量纲的非线性控制方程及边界条件展开成一系列非齐次线性摄动方程组，分析各阶摄动方程的通解与特解的构造，并逐次求解，建立了反对称铺设复合材料层合板受单向均布压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。进而运用ABAQUS软件对复合材料层合板在面内压缩载荷作用下的屈曲和后屈曲进行有限元分析，结果表明理论解与ABAQUS结果十分接近，验证了理论解的正确性。在此基础上进一步讨论了铺设角度、铺设层数和拉弯耦合效应等对层合板后屈曲性能的影响。研究发现层合板的屈曲载荷受铺设角度与层数的影响较为显著，而拉弯耦合效应使板的屈后强度大大降低。     

面内剪切非线性对复合材料层合板参数共振的影响

利用ＶｏｎＫａｒｍａｎ薄板大挠度理论和Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ本构方程研究了四边简支、一对边受压缩动载荷的（０／９０）。对称铺设正交各向异性矩形层合板的参数振动问题。     

基于连续丝束剪切技术的变角度复合材料层合板的热屈曲分析

连续丝束剪切(Continuous Tow Shearing, CTS)铺放技术是一种新的变角度层合板制作技术，这种新技术能显著减少丝束铺放过程中产生的丝束重叠和间隙等缺陷，然而，采用CTS技术铺设时，层合板的厚度将随着纤维角度的变化而变化．本文基于一阶剪切变形理论并应用Chebyshev-Ritz法对这种变厚度的变角度复合材料层合板的热屈曲问题进行了研究．假设纤维方向角沿板的长度方向按照线性变化，获得了均匀温度变化时变厚度层合板的临界热屈曲荷载．通过与现有文献的比较验证了本文方法的正确性，并进一步讨论了纤维铺设技术、纤维方向角的变化以及边界条件的不同对变角度复合材料层合板的临界屈曲温度的影响．研究结果表明，在体积相同的情况下，采用CTS铺设较传统的自动丝束铺放(AFP)可以进一步提升变角度层合板的临界屈曲温度．本文的研究结果可为变角度复合材料的设计提供一定的参考．     

基于精化高阶理论的层合板热-力问题有限元分析

基于精化高阶理论,建立了层合板有限元模型,编制了相应的MATLAB 程序．分析了三层四边简支层合板在力荷载作用下的响应,与解析解吻合良好．分析了热-力共同作用下层合板的响应,与基于ABAQUS 软件建立的精细有限元模型计算结果相对比,验证了模型的高效性．研究了跨厚比和铺设方式对层合板层间应力的影响,结果表明：跨厚比对层间应力影响显著,两者之间大致呈反比例函数关系;对称铺设方式可以有效降低层合板中的层间应力．     

复合材料层合板的动力特性分析

本文采用渐近分析方法,研究了对称角铺设复合材料层合板的动力特性问题,并给出了层合板自振频率关于铺设角的一般渐近表达式。最后,文中对三种常用的纤维增强复合材料板,给出了具体的计算数值结果。本文的所有方法均可推广到各种复合材料层合板的静力和稳定性的问题分析中。     

对称角铺设复合材料层合板在横向载荷作用下的摄动解

本文讨论分析了任意对称角铺设复合材料层合板各刚度之间的量级关系,并由此提出了一种求解在横向载荷作用下对称角铺设复合材料板弯曲问题的摄动法。对于四边简支的对称角铺设层合板,文中给出了一个二阶近似的摄动解。     

正交铺设层合板的蠕变屈曲分析

研究了正交铺设层合板的蠕变失稳问题。为了更好地模拟实际情况，在单层板的本构关系中，材料各主方向模量的松也时间均取不同值，并在建立控制方程时考虑了横向剪切变形的影响，通过理论分析，得到了粘弹性层合板的瞬时弹性临界载荷和持久临界载荷，并在算例中首次利用时间增量方法得到了有初始度层合板在长期受地的蠕变变表，计算结果表明了持久临界载荷对于粘弹性层合板的具体含义，从而使粘弹性层合板的为屈曲问题有了较为完整的     

基于局部移动Kriging无网格方法的层合板自由振动分析

利用基于局部移动Kriging插值无网格法对层合板自由振动进行了数值分析,基于一阶剪切层合理论导出了层合板振动的控制方程和边界条件,进一步得到了自由振动的离散化特征方程。由于Kriging插值函数具有Kronecker delta函数性质,可以直接施加本质边界条件。通过本文给出的方法,对不同边界条件、不同跨厚比、不同材料参数和铺设角度的层合板的振动频率进行了计算,均得到满意结果。最后用该方法对层合板的铺设角度进行优化设计,得到了与已有文献完全一致的优化结果。数值结果充分表明了无网格Kriging方法分析层合板自由振动问题的有效性和高精确度。     

复合材料层合板的颤振特性及振动抑制研究

研究了超声速流中压电复合材料层合板的颤振特性及振动抑制方法。采用一阶活塞理论计算了超声速流场中的气动压力,基于经典层合板理论和Hamilton原理推导了压电复合材料层合板的动力学模型,设计了滑模观测器以减少观测溢出,通过Lyapunov方法证明观测器的稳定性,应用观测状态设计了LQR控制器,讨论了几何参数、铺设角度对压电复合材料层合板颤振特性的影响,利用SIMULINK仿真求解了层合板的脉冲响应,验证了控制器的有效性。结果表明,合理规划层合板的几何参数和铺设角度可提高系统颤振稳定性,滑模观测器能够较为准确地追踪原始系统且具有良好的鲁棒性,LQR控制可以在一定范围内消除层合板的颤振点,并且能够有效地控制压电复合材料层合板在颤振边界处的振动,Q矩阵越大,振动控制效果越好,压电层厚度越大,LQR控制效果越好。     

一种分析对称铺设层合板的新方法

本文对多层纤维对称铺设层合板的分析提出了一种新方法。此方法以假设板厚方向横向剪应力分布为前提,来建立层合板的微分方程组。其特点是反映了层合板间剪应变跳跃式变化这一实际情况,满足层间剪应力平衡条件。文章通过算例说明此法对分析层间剪切刚度较低的层合板简便、有效。     

An exact symplectic solution for the dynamic analysis of shear deformable antisymmetric angle-ply laminated plates

From the mixed variational principle, by the selection of the state variables and its dual variables, the Hamiltonian canonical equation for the dynamic analysis of shear deformable antisymmetric angle-ply laminated plates is derived, leading to the mathematical frame of symplectic geometry and algorithms, and the exact solution for the arbitrary boundary conditions is also derived by the adjoint orthonormalized symplectic expansion method. Numerical results are presented with the emphasis on the effects of length/thickness ratio, arbitrary boundary conditions, degrees of anisotropy, number of layers, ply-angles and the corrected coefficients of transverse shear.     

THEORETIC SOLUTION OF RECTANGULAR THIN PLATE ON FOUNDATION WITH FOUR EDGES FREE BY SYMPLECTIC GEOMETRY METHOD

The theoretic solution for rectangular thin plate on foundation with four edges free is derived by symplectic geometry method. In the analysis proceeding, the elastic foundation is presented by the Winkler model. Firstly, the basic equations for elastic thin plate are transferred into Hamilton canonical equations. The symplectic geometry method is used to separate the whole variables and eigenvalues are obtained simultaneously. Finally, according to the method of eigen function expansion, the explicit solution for rectangular thin plate on foundation with the boundary conditions of four edges frees are developed. Since the basic elasticity equations of thin plate are only used and it is not need to select the deformation function arbitrarily. Therefore, the solution is theoretical and reasonable. In order to show the correction of formulations derived, a numerical example is given to demonstrate the accuracy and convergence of the current solution.     

An analytical symplectic approach to the vibration analysis of orthotropic graphene sheets

A nonlocal continuum orthotropic plate model is proposed to study the vibration behavior of single-layer graphene sheets (SLGSs) using an analytical symplectic approach.A Hamiltonian system is established by introduc-ing a total unknown vector consisting of the displacement amplitude,rotation angle,shear force,and bending moment. The high-order governing differential equation of the vibra-tion of SLGSs is transformed into a set of ordinary differential equations in symplectic space.Exact solutions for free vibra-tion are obtianed by the method of separation of variables without any trial shape functions and can be expanded in series of symplectic eigenfunctions. Analytical frequency equations are derived for all six possible boundary con-ditions. Vibration modes are expressed in terms of the symplectic eigenfunctions.In the numerical examples,com-parison is presented to verify the accuracy of the proposed method. Comprehensive numerical examples for graphene sheets with Levy-type boundary conditions are given.A para-metric study of the natural frequency is also included.     

四边任意支承条件下弹性矩形薄板弯曲问题的解析解

利用辛几何法推导出了四边为任意支承条件下矩形薄板弯曲的解析解。在分析过程中首先把矩形薄板弯曲问题表示成Hamilton正则方程，然后利用辛几何方法对全状态相变量进行分离变量，求出其本征值后，再按本征函数展开的方法求出四边为任意支承条件下矩形薄板弯曲的解析解。由于在求解过程中并不需要人为的事先选取挠度函数，而是从弹性矩形薄板弯曲的基本方程出发，直接利用数学的方法求出问题的解析解，使得这类问题的求解更加理论化和合理化。文中的最后还给出了计算实例来验证本文方法的正确性。     

四边固支矩形薄板自由振动的哈密顿解析解

在哈密顿体系中利用辛几何方法求解了四边固支矩形薄板自由振动问题的解析解。首先,从基本方程出发,将问题表示成Hamilton正则方程,然后利用辛几何方法导出本征值问题,从而得到本征函数解,使之满足边界条件;再由方程组有非零解的条件,最终推导出四边固支矩形薄板的自振频率方程,得到频率的解析解。计算了不同长宽比情况下四边固支矩形薄板的频率,结果与已有文献完全一致。该解法有望推广至更多尚未得到解析解的矩形板的振动问题。     

考虑剪切效应层合板的Hamilton体系及辛几何方法

基于ＹＮＳ层合板理论,通过对混合能变分原理的修正,建立了层合板问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程。在辛几何数学框架下,采用共轭辛正交归一关系给出精确解。并与经典层板理论进行了比较。     

弹性矩形板问题的Hamilton正则方程

为了采用辛算法求出弹性矩形板问题的解析解，中直接从弹性矩形板的控制方程出发推导了弹性矩形板，其中包括弹性矩形薄板和厚板问题以及弹性地基上矩形薄板和厚板问题的Hamilton正则方程，为利用辛几何方法求出任意边界条件下这类问题的理论解奠定了基础．     

局部彼得洛夫-伽辽金法分析各向异性板屈曲

基于Kirchhoff板理论和对挠度函数采用移动最小二乘近似函数进行插值，进一步研究无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)方法在各向异性板稳定问题中的应用．分析中，本质边界条件采用罚因子法施加，离散的特征值方程由板稳定控制方程的局部积分对称弱形式中得到．通过数值算例并与其他方法的结果进行比较，表明MLPG法求解各向异性薄板稳定问题具有收敛性好、精度高等一系列优点．     

Symplectic system based analytical solution for bending of rectangular orthotropic plates on Winkler elastic foundation

This paper analyses the bending of rectangular orthotropic plates on a Winkler elastic foundation.Appropriate definition of symplectic inner product and symplectic space formed by generalized displacements establish dual variables and dual equations in the symplectic space.The operator matrix of the equation set is proven to be a Hamilton operator matrix.Separation of variables and eigenfunction expansion creates a basis for analyzing the bending of rectangular orthotropic plates on Winkler elastic foundation and obtaining solutions for plates having any boundary condition.There is discussion of symplectic eigenvalue problems of orthotropic plates under two typical boundary conditions,with opposite sides simply supported and opposite sides clamped.Transcendental equations of eigenvalues and symplectic eigenvectors in analytical form given.Analytical solutions using two examples are presented to show the use of the new methods described in this paper.To verify the accuracy and convergence,a fully simply supported plate that is fully and simply supported under uniformly distributed load is used to compare the classical Navier method,the Levy method and the new method.Results show that the new technique has good accuracy and better convergence speed than other methods,especially in relation to internal forces.A fully clamped rectangular plate on Winkler foundation is solved to validate application of the new methods,with solutions compared to those produced by the Galerkin method.     

基于辛本征值方法的受约束介电弹性体中褶皱不稳定性的分析

辛弹性力学已广泛应用于弹性学中各种边值问题的精确解、计算表面波模式以及预测多层超弹性薄膜中的表面褶皱。本文展示了辛分析框架还可应用于受约束介电弹性体中的表面褶皱。机械和电位移向量是两个基本变量来描述介电弹性体中机械变形与电场紧密耦合。褶皱的临界电压可以通过引入基本变量的对偶变量来从辛本征值问题中解决。本文采用扩展的W-W（Wittrick-Williams）算法和精确的积分方法,准确而高效地解决制定的辛本征值问题的本征值。通过将褶皱电压和波数与有无表面能的褶皱基准结果进行比较,验证了辛分析的有效性。辛分析框架简洁且适用于其他不稳定问题,如分层电介质弹性体、磁弹性不稳定性以及层压复合结构的微观和宏观不稳定性。