低速冲击下压电层合板的非线性动力响应与疲劳损伤寿命分析

基于损伤力学,考虑压电效应、几何非线性和损伤演化的影响,建立了集中载荷作用下压电层合板的非线性运动微分方程,考虑撞击物与压电层合板之间的弹性接触效应,确定了层合板所承受的冲击力.对此非线性动力问题,采用有限差分法进行求解,且引入损伤层合板单元模型,采用有限元方法模拟了冲击荷载作用下压电层合板的损伤演化.算例中,讨论了撞击物的冲击速度、压电材料以及损伤对压电层合板非线性动力响应的影响,以及周期冲击荷载下冲击速度和压电材料对压电层合板疲劳损伤寿命的影响.     

具损伤压电智能层合板的动力分析

基于应变能等效原理、高阶剪切变形理论和Hamilton变分原理,考虑复合材料铺设层内的损伤效应,建立了具损伤压电智能层合板的运动控制方程,并运用Galerkin方法进行求解.数值算例中,讨论了损伤效应、厚跨比及压电层厚度与层合板总厚度之比对四边简支压电智能层合板自由振动频率的影响和外部控制电压对其动力响应的影响.     

碳纳米管网格对碳纤维复合材料层间剪切性能的影响

采用正压过滤法制备了不同厚度的多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)网格,并将制得的MWNTs网格并入碳纤维层合板的层间界面,研究了网格对层合板II型层间断裂韧性(G_(IIC))和层间剪切强度(ILSS)的影响.结果表明,约20!m厚的多孔MWNTs网格使复合材料的G_(IIC)和ILSS分别提高了约69%和24%.微观断面表明,连续的纳米网格显著提高了碳纤维和树脂基体的界面粘接性能,在剪力作用下,从典型的树脂脆性断裂以及纤维-树脂界面脱粘过渡到MWNTs增强树脂区域内的韧性断裂,一定厚度的MWNTs网格对层间区域起到了良好的增韧效应.     

具损伤压电智能层合中厚板的非线性动力稳定性分析

基于各向异性损伤理论和压电理论，采用能量法和Lagrange方程，建立了具损伤压电智能层合中厚板在参数激励下的非线性运动控制方程，应用增量谐波平衡法，求解了具损伤压电智能层合中厚板的非线性动力稳定性问题。算例中，分析了损伤参数和压电效应对压电智能层合板非线性动力稳定性的影响，揭示了力电耦合效应的内在特征，并与有关文献的结果进行了比较。     

层合板界面层的弹簧界面元等效刚度计算模型

弹簧界面元是一种最常用的层合结构界面脱层数值模拟的计算模型.但目前对应于给定的复合材料层合板界面层,弹簧界面元的长度和等效刚度的确定却没有严格的方法,所以时常因为弹簧元刚度定义的不当而导致脱层数值模拟结果的不稳定甚至计算困难.本文给出了一种基于层合板粘接层的实际厚度和材料特性确定弹簧界面元的长度和等效刚度的计算模型.通...     

考虑面内破坏过程的含分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应

基于复合材料层合板一阶剪切理论，推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式；同时采用了Adams应交能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法，构造了相应的阻尼阵列式；为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象，建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析的分层分析模型和虚拟界面联接模型。在上述模型和理论基础上，采用了Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法，对含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了动力响应和破坏分析。通过算例，分别讨论了外载频率、分层位置，以及破坏过程的刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征的影响，得到了一些具有理论和工程价值的结论。     

含脱层层合板分叉屈曲的宏微观失效机制分析

根据板壳理论并考虑层合板脱层处的接触效应影响,推导了层合板的控制方程,借助量纲归一化分析建立了该问题的八次特征方程。通过对特征方程各参数进行定性分析,建立了求解八次方程根的解析表达式,发现了层合板的宏微观变形模态。利用MATLAB软件进行算例分析,获得了在不同脱层情况下层合板的屈曲模态参数和临界屈曲荷载。研究表明:层合板的屈曲模态包含整体一致的宏观变形和界面处的微观变形。研究结果与ABAQUS的有限元解进行了对比,结果表明:理论解与有限元分析的结果非常一致。论文从理论分析的角度研究了复合材料矩形层合板的屈曲问题,从理论上剖析了分层层合板的宏微观失效模态。     

含多个分层复合材料层合板后屈曲性态研究

基于Mindlin假定下的大变形板／壳理论，采用参考面单元和虚拟杆单元相结合的非线性有限元方法，建立了分析含多个穿透分层损伤层合板后屈曲行为的有限元计算模型，并给出了考虑接触后非线性屈曲方程的迭代算法，从而研究考虑层间接触效应的多分层层合板的后屈曲性态。文中着重讨论了分层的深度、数目和尺寸对含多分层合板后屈曲性态的影响。大量数值分析结果证明了该模型的有效性，并且得到了一些对层合板结构设计和对含分层损伤层合板评估有益的结论。     

考虑界面损伤层合梁板的层间应力分析

基于精确应力分析的广义六自由度板理论，应用变分原理和损伤力学中 的应变等效原理，考虑复合材料铺设层内和层间界面处的损伤效应，建立了具两种损伤模式 的复合材料层合板的三维非线性平衡微分方程，且运用有限差分法对考虑损伤简支层合梁板 的层间应力进行了求解.     

基于累积失效法的含损伤格栅加筋板非线性屈曲状态分析

分别采用基于Mindlin一阶剪切理论八节点层合板单元和三节点层合梁单元来模拟蒙皮和肋骨,用累积失效法研究了在压缩载荷作用下蒙皮内含分层损伤复合材料正交格栅加筋板的非线性屈曲性态,分析中考虑了加载过程中蒙皮和肋骨纤维断裂、基体损伤和纤维-基体剪切失效造成的刚度退化,并采用了非线性接触单元模型处理蒙皮分层上下子板间的接触效应。通过典型算例,讨论了蒙皮铺设方式、蒙皮分层的面积和深度、肋骨与蒙皮的刚度比,累积失效行为等因素对格栅加筋板非线性屈曲性态的影响。     

超空泡运动体圆柱薄壳的非线性动力屈曲分析

超空泡运动体的动力屈曲失稳具有隐蔽性、突发性和危险性, 因而必须研究清楚运动体的失稳区域边界及失稳振幅. 将超空泡运动体模拟成受轴向周期载荷作用的细长圆柱薄壳, 给出非线性几何方程、物理方程和平衡方程, 建立细长圆柱薄壳带有非线性项的动力屈曲微分方程组; 依据非线性项的形式, 给出合理的非线性位移表达式, 得到具有周期性系数的非线性横向振动微分方程; 采用伽辽金变分法和和鲍洛金方法, 获得带有周期性系数和非线性项的马奇耶方程; 求解非线性马奇耶方程, 得到第一、第二阶不稳定区域内的定态振动振幅的解析表达式; 绘制超空泡运动体的非线性参数共振曲线, 分析航行速度、载荷比例系数、轴向载荷频率和振型对参数共振曲线的影响. 以上研究为建立基于参数共振的圆柱薄壳动力失稳的可靠性分析及基于参数共振可靠性的结构动力优化设计的奠定了理论基础.      

随机参数超空泡射弹的动力稳定性和可靠性

针对轴向随机载荷作用下超空泡射弹结构的动力不稳定问题,建立超空泡射弹结构动力偏微分方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算。考虑射弹结构参数随机性的影响,采用随机因子法求出随机参数射弹结构的动力不稳定区域边界,利用求解随机变量数字特征的代数综合法,推导出动力不稳定区域边界的均值和方差。在此基础上,对结构的非概率可靠性进行了分析,并讨论了参数的随机性对射弹结构动力不稳定性和非概率可靠性的影响。数值模拟结果表明,参数的随机性对射弹动力不稳定区域边界和非概率可靠性有一定的影响,其中,几何参数的随机性对射弹结构动力稳定性及可靠性影响较大。     

Dynamic stability of axially accelerating Timoshenko beam: Averaging method

This study investigates dynamic stability in transverse parametric vibrations of an axially accelerating tensioned beam of Timoshenko model on simple supports. The axial speed is assumed as a harmonic fluctuation about the constant mean speed. The Galerkin method is applied to discretize the governing equation into a finite set of ordinary differential equations. The method of averaging is applied to analyze the instability phenomena caused by subharmonic and combination resonance. Numerical examples demonstrate the effects of the mean axial speed, bending stiffness, rotary inertia and shear modulus on the instability boundaries.     

Analysis of coupled-mode flutter of pipes conveying fluid on the elastic foundation

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｌｕｉｄｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｉｓｔｓｉｎｍａｎｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｉｅｌｄｓ.Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｉｐｅｃｏｎｖｅｙｉｎｇｆｌｕｉｄｉｓａｔｙｐｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅ.Ｍａｎｙｓｃｈｏｌａｒｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｈａｖｅａｌｗａｙｓｂｅｅｎｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄｉｎｔｈｉｓｓｕｂｊｅｃｔａｎｄｍａｄｅａｌｏｔｏｆｓｔｕｄｉｅｓｏｆｉｔ.Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｄｕｒｉｎｇｒｅｃｅｎｔｄｅｃａｄｅｓ,ｓｏｍｅｒｅ…     

Non-linear vibration of bimaterial magneto-elastic cantilever beam with thermal loading

Formulas and numerical results are studied for the transient vibration and dynamic instability of a bimaterial magneto-elastic cantilever beam which is subjected to alternating magnetic field and thermal loading. Materials are assumed isotropic, and the physical properties are assumed to have unique values in each layer. The governing equation of motion is derived by the extended Hamilton's principle, in which the damping factor, the electromagnetic force, the electromagnetic torque, and the thermal load are considered. The solution of thermal effect is obtained by superposing certain fundamental linear elastic stress states which are compatible with the Euler–Bernoulli beam theory. The axial stresses results are found to be in good agreement with some known numerical solutions. Using Galerkin's method, the equation of motion is reduced to a time-dependent Mathieu equation. The numerical results of the regions of dynamic instability are determined by the incremental harmonic balance (IHB) method, and the transient vibratory behaviors are presented by the fourth-order Runge–Kutta method. The results show that the responses of the transient vibration and dynamic instability of the system are influenced by the magnetic field, the thickness ratio, the excitation frequency, but not by the temperature increase in this study.     

结构随机动力稳定性的定量分析方法

提出了结构随机动力稳定性的定量分析方法,讨论了经典的随机动力稳定性概念,指出结构动力稳定性不仅与结构参数有关,也与作用在结构上的外部载荷密切相关,据此引入了一种判定结构动力稳定性的新准则,明确了结构随机动力稳定性的基本涵义.在概率守恒原理基础上,推导了概率耗散系统的广义概率密度演化方程.引入结构动力失稳的物理机制作为引起概率耗散的驱动力,利用概率耗散系统概率密度演化方程、可以方便获得结构响应的概率密度演化过程,从而定量求解结构的动力稳定概率.据此,可以定量评价结构系统依概率为1或依给定概率意义上的结构随机动力稳定性.采用本文所建议方法对典型结构动力系统进行了随机动力稳定性分析,并与蒙特卡洛方法计算结果进行对比.数值结果表明了所建议方法的有效性.      

旋转薄圆盘的行波动力学特性分析

旋转圆盘是广泛应用于旋转机械装置中的基本结构元件,圆盘在高速旋转状态下会表现出与低速或非旋转状态下迥异的力学性能.本文对高速旋转薄圆盘横向振动的行波动力学特性进行了分析,建立了考虑离心力引起的薄膜内力影响下的动力学控制方程以及相应的边界条件.采用伽辽金法数值模拟了旋转圆盘前、后行波振动频率和动力屈曲失稳临界转速随着圆盘几何参数如半径比、厚度的变化规律,以及材料参数对于振动频率和临界转速的影响等.本文的数值计算可以同时给出圆盘旋转的前、后行波频率,并且结果与实验结果吻合良好.     

A geometric approach for establishing dynamic buckling loads of autonomous potential N-degree-of-freedom systems

Non-linear dynamic buckling of autonomous non-dissipative N-degree-of-freedom systems whose static instability is governed either by a limit point or by an unstable symmetric bifurcation is thoroughly discussed using energy and geometric considerations. Characteristic distances associated with the geometry of the zero level total potential energy “hypersurface” in connection with total energy-balance equation lead to dynamic (global) instability criteria. These criteria allow the determination of “exact” dynamic buckling loads without solving the non-linear initial-value problem. The reliability and efficiency of the proposed geometric approach is demonstrated via several dynamic buckling analyses of 3-degree-of-freedom systems which subsequently are compared with corresponding numerical analyses based on the Verner–Runge–Kutta scheme.     

非线性粘弹性板的失稳条件

研究了给定面内周期激励作用下简支各向同性均匀粘弹性板平衡失稀问题,板的材料特性由Leaderman非线性本构关系描述,将板的动力学方程进行（Galerkin截断得到简化数学模型为弱非线性系统,采用平均法得到系统的平均化方程,对平均化方程进行稳定性分析得到了板平衡失稳的解析条件,对原系统用数值仿真进行研究,数值结果表明,随着激励幅值的增加或粘弹性材料系数的减少,系统平衡点推失稳,激励幅值和粘弹性材料系数的临界值均与解析结果接近。     

强夯接触力和接触位移的碰撞分析求解

首次采用大变形动力接触有限元法分析了强夯对地基土的冲击碰撞过程 ,锤底接触力和夯沉量过程中直接求得 ,且能模拟夯锤与地基土的多次接触分离过程 ,适应于各种复杂的地基土条件和夯击能条件 ,克服了现有其它方法的不足和缺陷。文章最后给出了系列工程算例 ,验证了本文计算模型的合理型