层级褶皱结构夹层板的等效弹性常数

针对二级层级褶皱结构夹层板,通过变形协调研究了其等效弹性常数。首先对一级层级褶皱结构进行正交各向异性等效,得到一级等效弹性常数;将二级层级褶皱结构看成是由正交各向异性材料组成的三角形桁架夹心,将二级层级褶皱结构等效为均匀连续正交各向异性板,依据夹层板面板与夹心变形协调特点得到夹层板整体等效弹性常数。结合结构几何参数对等效公式的误差进行了讨论,并对等效公式做出修正。通过与数值分析结果对比,表明本文提出的等效公式具有较高精度。     

混凝土板的冲切强度

基于混凝土强度的试验资料,首先建立了合理描述混凝土强度破坏特性的Lade-Duncan破坏准则,并将该Lade-Duncan破坏准则转化为等效的Mohr-Coulomb破坏准则.依据塑性上限分析理论和合理的混凝土板冲切强度破坏模式,求出了圆形和矩形分布荷载下混凝土板冲切强度的统一表达式.通过与已发表的研究成果、试验结果和规范公式相比较,论证了本文给出的混凝土板冲切强度公式的合理性.     

考虑面层约束时蜂窝芯弹性常数的确定

本文研究了面板约束效应对蜂窝芯弹性性能的影响并基于六边形蜂窝芯夹层板的代表性体单元建立了考虑面板约束效应的蜂窝芯位移模式.根据真实蜂窝芯代表性单元与其等效材料的代表性单元在宏观均匀应变作用下的总弹性应变能相等,导出了蜂窝芯材料等效弹性常数的公式,进一步探讨了蜂窝几何参数对其弹性常数的影响规律.通过与现有理论结果、有限元结果和实验数据进行对比证实本文导出的弹性常数公式具有较好的预报精度.结果表明面板约束对蜂窝芯等效弹性常数有显著影响.     

构造上正交各向异性凹凸板等效刚度的研究

针对构造上正交各向异性凹凸板等效刚度的研究问题,考虑经典弹性薄板理论和凹凸板的几何周期特性,划分出了以凸起为中心的典型单元,首先研究了典型单元的刚度特性,再通过刚度组合方法得到了凹凸板的等效弯曲刚度;然后以四边简支正交各向异性凹凸板为例,基于经典薄板理论中纳维二重三角级数推广到正交各向异性板的解,利用本文的等效刚度公式分别计算了在集中载荷作用下板的挠度和其自身的固有频率。计算结果与ANSYS有限元的模拟结果进行对比,理论计算与有限元模拟结果一致,验证了本文等效解析方法的合理性和精确性。最后讨论了凹凸板的各项尺寸参数对刚度等效精度的影响,并对其原因进行了分析。本文给出的等效刚度解析方法便于工程应用,尤其在应对大规模凹凸板刚度求解中具有计算简便的优点,研究结果对凹凸板静力学和动力学的研究以及实际工程应用具有重要的指导意义。     

脉冲载荷下加筋圆板的各向同性快速等效方法

加筋板在爆炸与冲击防护中应用广泛,而其动力响应的快速求解一直是工程中关注的重点。对于径向均匀加筋的圆板,基于刚度叠加思想,提出了一种将其等效为各向同性平板的方法,用于分析其在脉冲载荷下弹性阶段的动力响应。结合理论推导与数值方法,显式地给出了简洁的等效平板厚度公式。经验证,提出的等效方法建立了加筋圆板与均质圆板间的内在联系,适用于多种加筋尺寸、材料及载荷形式。等效圆板与加筋圆板的最大挠度偏差不超过6%,低阶振动频率偏差不超过10%。相比于直接对加筋圆板进行计算,等效分析方法大大提高了求解效率,且保证了很高的计算精度,在冲击响应预测和结构优化等工程应用中具有重要意义。     

类桁架夹层板的等效弹性常数研究

从应变能等效出发,将具有周期性分布的夹层板的类桁架夹芯与各向异性连续材料等效,给出了相应的宏观等效弹性常数,进而用有限元方法计算了实际夹层板和等效夹层板的结构响应,用一个算例证明了该文方法的有效性.通过对类桁架夹芯的等效弹性常数的计算,结果表明该文方法可以得到较为准确的等效弹性常数,且较其它类型的均匀化方法大大降低了计算量.     

四边固支蜂窝夹层板1:3内共振非线性动力学分析

基于经典叠层板理论和几何大变形理论,将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层,等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出,对四边固支蜂窝夹层板非线性动力学特性进行了分析。考虑横向阻尼的影响,建立了四边固支蜂窝夹层板受横向激振力作用的受迫振动微分方程,通过振型正交化将蜂窝夹层板受迫振动微分方程简化成双模态下的动力学控制方程,利用同伦分析方法对双模态下蜂窝夹层板的动力学控制方程进行研究,得到了1:3内共振下的幅频特性曲线,研究了不同结构尺寸对动力学特性的影响以及蜂窝夹层板作稳态运动时的稳定性问题。本文得到的结果为蜂窝夹层板的设计和实际应用提供了理论依据和数值参考。     

在冲击荷载作用下弹塑性薄板的非线性动力响应

本文把薄板内物理非线性和几何非线性的影响化为等效体力和等效荷载,提出应用影响函数概念来分析同时包含两类非线性的薄板问题,在分析中考虑塑性区向板厚方向发展的影响,并且应用塑性增量理论推导出有硬化情况下塑性应变坛量计算公式.在实例计算中,对不同数值的冲击荷载,求得弹塑性薄板非线性动力响应的数值介,结果具有良好的规律性.     

穿孔壁面通道流动阻力特性研究

利用计算流体力学方法对穿孔壁面通道内部流动进行了数值模拟,分析了其流动沿程摩擦阻力特性。计算中,假设流体不通过小孔进出穿孔壁面背后的吸声材料。经实验对比,采用Realizable k-ε湍流模型结合增强型壁面函数,可获得比较理想的计算结果,数值模拟与实验测量的压损值相对偏差在10%以内。对于穿孔壁面通道流动阻力计算,提出了等效粗糙度概念,结合达西公式、克罗布鲁克公式计算获得了等效粗糙度数值。研究了穿孔板小孔孔径、穿孔率对等效粗糙度的影响,发现等效粗糙度与孔径成二次方关系、与穿孔率成线性关系。     

THE FLOW RESISTANCE CHARACTERISTICS OF PERFORATED LINER DUCTS

利用计算流体力学方法对穿孔壁面通道内部流动进行了数值模拟,分析了其流动沿程摩擦阻力特性。计算中,假设流体不通过小孔进出穿孔壁面背后的吸声材料。经实验对比,采用Realizable k--" 湍流模型结合增强型壁面函数,可获得比较理想的计算结果,数值模拟与实验测量的压损值相对偏差在10% 以内。对于穿孔壁面通道流动阻力计算,提出了等效粗糙度概念,结合达西公式、克罗布鲁克公式计算获得了等效粗糙度数值。研究了穿孔板小孔孔径、穿孔率对等效粗糙度的影响,发现等效粗糙度与孔径成二次方关系、与穿孔率成线性关系。     

具有压电材料薄板弯曲控制的有限元法

考虑一均匀各向同性薄板结构,在其上下表面离散分布状压电执行元件,在横向外载和电压共同作用下,分析板的弯曲变形,并通过变化作用于执行元件上的电压对板的变形进行控制,根据逆压电效应将电压转换成作用于板上的等效作用量,用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出压电结构板弯曲变形的有限元公式,并对环形板情况进行数值计算。     

一般边界条件下厚板振动分析的有限条法

本文以Timoshenko梁函数为沿条向的形态函数集,推导了一般边界条件下的Mindlin厚板有限条的公式。对各种类型板的计算结果表明本文的有限条公式对厚板振动分析有较好的收敛性,精度和相当的通用性。 计算结果表明,由于计及横剪切和转动惯量效应,频率计算值较相应的薄板解降低,差值随厚跨比和模态数增加而增加,并与板的边界约束有关     

桁架板等效刚度分析

桁架材料的连续介质等效模型的研究已有相当基础,而工程中桁架材料往往以类板结构形式出现,其变形表现出明显的弯曲特征。将类板桁架材料采用弯曲板模型模拟,研究合理的方法确定等效板模型的刚度具有重要意义。本文在基于Kirchhoff假定的小挠度薄板弹性理论框架下,研究了类板桁架材料的等效弯曲薄板模型,提出了确定薄板模型等效刚度的基于Dirichlet位移边界条件的代表体元法,给出了确定各刚度系数所对应的代表体元的边界位移形式。具体计算了几种典型形式桁架板的等效刚度,并采用有限元离散模型和实验技术分析了桁架板在一定的边界约束和荷载作用下的响应,并与等效板模型的分析结果进行了对比。结果表明,在响应分析中,具有等效刚度的薄板模型可准确模拟类板桁架材料;连续介质板等效刚度计算的积分法不能给出准确的桁架板等效刚度,而基于Dirichlet位移边界条件的代表体元法获得的等效板的刚度具有很高的精度。     

平行圆管空心板双向抗弯刚度的确定

平行圆管空心板横管方向抗弯刚度的取值问题尚未获得圆满解决.本文通过有限元分析,发现横管方向平均应变仍符合平截面假定;提出了两种基于数值解求其等效刚度的方法,即分别用水平位移按刚度定义计算和用竖向挠庹按挠度-刚度关系式计算,两种方法的结果得到了相互印证;继而经拟合得到了横管与顺管两个方向刚度比的经验公式,简单实用.值得指出,本文提出的等效刚度确定方法简便合理,对解决类似问题有重要的借鉴价值.     

多层与高层框架-剪力墙结构固有频率的解析公式

本文采用等效连续板的分析方法,计算多层与高层框剪结构固有频率,并且考虑了弯曲与剪切效应,移动与转动惯量影响。另外,本文对不同结构的抗弯、抗剪、抗扭特性用同一指标给出了四类公式。     

基于双曲面蜂窝夹层结构等效模型的研究及数值分析

蜂窝夹层结构在轻量化设计领域一直备受关注,相关的理论研究也日趋完善.然而,很多研究主要集中在平面蜂窝夹层结构上,而对于曲面结构的相关研究甚少.本文对双曲面蜂窝夹芯进行了力学分析,建立了曲面蜂窝夹层板的等效力学模型,同时建立了双曲面蜂窝夹层板详细模型和基于三明治夹层板理论以及曲面夹层板理论的等效模型,最后通过有限元方法对...     

预制带肋底板混凝土双向叠合板等效各向同性板的弹性计算方法

结合预制带肋底板混凝土双向叠合板(简称双向叠合板)的正交构造异性特征,分析了当前实际工程设计中存在的问题。直接从双向叠合板的挠曲面基本微分方程出发,依据正交各向异性板理论,推导了双向叠合板与各向同性板挠度和内力的等效关系。由此等效关系,引入等效跨度比,修正双向叠合板的预制底板板肋平行、垂直方向边长,将其等效为相应的各向同性板来计算。最后,列举一边固支三边简支边界条件的双向叠合板算例,利用已有的各向同性板弹性计算系数表,直接按照等效跨度比进行插值计算,将所得结果同按照挠度和弯矩计算式计算结果进行比较。结果表明:计算结果吻合良好,各项弹性计算系数均满足双向叠合板与各向同性板挠度和内力的等效关系,说明本文提出的弹性计算方法是正确的。     

基于板理论的层级褶皱结构失效模式分析

本文基于弹性板理论和夹层板理论对二级层级褶皱结构失效模式进行了分析。通过对基本构件进行受力分析得到了载荷与结构变形之间的关系。根据6种失效模式的定义,从极限载荷或极限应力角度出发,分析了在压缩载荷和剪切载荷工况下的各种失效模式,给出了结构单胞对应的等效正应力和等效切应力表达式。由最小失效强度得到了各失效模式之间的占优关系,并构建了失效机理图来阐释这一机制。最后通过与有限元分析结果比较,分析了本文公式的精度,与数值解吻合较好。     

强脉冲载荷作用下结构塑性大变形的最大挠度直接预测

经过多年的研究,由中国学者提出和研发的膜力因子法和饱和分析方法已被证明是分析和预测冲击、爆炸等强动载荷作用下梁、板等结构件的塑性大变形行为的有力工具.在这两套理论工具相结合所获得的一系列最新成果的基础上,文章提出一种对梁和板在强脉冲作用下的最大挠度的直接预测方法.考虑了膜力和弯矩相互作用的准确屈服条件,同时假定位移场近似地按照与准静态破损机构相似的模态发生变化,该方法直接从膜力因子的表达式出发,依据外载作的功与塑性耗散相等的能量条件,只需要求解初等方程就可以简单明晰地得到梁和板在矩形脉冲作用下的最大挠度,极大地简化了数学推导.与同时考虑准确屈服条件和瞬态响应阶段的完全解以及具有上下界的模态解相比,这一方法能够同样准确但更简单地计入膜力对结构大变形承载能力的效应,为工程设计提供比完全解更简明、比模态解更精准的梁和板最大塑性变形的估算公式;再同改进的脉冲等效技术相结合,这种直接预测方法有望进一步拓展到更复杂的结构件,获得广泛的工程应用.     

压缩双裂纹和单裂纹圆孔板应力强度因子公式

从理论模型和数值分析上澄清了国外文献关于压缩双裂纹圆孔板(double cleavage drilled compression,DCDC) 的应力强度因子不同的公式引起的混淆. 证明Plaisted 等用修正压缩无限大板中圆孔双边裂纹的解和欧拉-伯努利梁理论得到的DCDC 应力强度因子公式都存在推导和原理性的失误. 指出Jenne 等推导的公式形式过于复杂不便使用, 而He 等的公式适用范围偏小. 通过拟合有限元法宽范围数值计算结果导出DCDC 的应力强度因子的新公式, 该公式形式简单, 对无量纲裂纹长度和无量纲板宽度适用范围较大, 最大误差是7%. 此外, 还对新提出的压缩单裂纹圆孔板(single cleavage drilled compression, SCDC)做了分析, 首次得到的SCDC应力强度因子公式的最大误差是5%. 给出的2 个公式可分别用于脆性材料DCDC 或SCDC 试样的断裂韧度测试.