Formulation of a semi-analytical approach based on Gurtin variational principle for dynamic response of general thin plates

4 semi-analytical approach for the dynamic response of general thin plates which employes finite element discretization in space domain and a series of representation in time domain is developed on the basis of Gurtin variational principles. The formulation of time series is also investigated so that the dynamic response of plates with arbitrary shape and boundary constraints can be achieved with adequate accuracy.Project supported by the National Natural Science Foundation of China     

ELASTIC-PLASTIC DYNAMIC RESPONSE OF FULLY BACKED SANDWICH PLATES UNDER LOCALIZED IMPULSIVE LOADING

An analytical model is developed to assess the elastic-plastic dynamic response of fully backed sandwich plates under localized impulse load.The core is modeled as an elastic-perfectly plastic foundation.The top face sheet is treated as an individual plate resting on the foundation.The elastic-plastic analysis for the top face sheet is based on a minimum principle in dynamic plasticity associated with the finite difference technique.The effects of spatial and temporal distributions of the impulsive loading on the dynamic response of sandwich plates are discussed.The model can be used to predict the impulse-induced local effect on fully backed sandwich plates.     

圆板在物体撞击下的非线性动力响应

本文在Von Kármán大位移的意义上,利用虚位移原理伽辽金方法建立了圆板在物体撞击下的非线性动力响应的控制微分方程,在研究响应问题时,考虑了冲击载荷与圆板位移响应之间的耦合影响,文中使用时间增量法和奇异摄动理论求解问题的控制方程,获得了固支圆板非线性动力响应的近似解,并且求解了具体算例,绘出了圆板位移、应力响应曲线以及冲击力随时间的变化曲线。     

最小二乘法在薄板塑性动力响应中的应用

本文通过拉普拉斯变换,将最小二乘法应用于薄板的塑性动力响应问题。文中分别以承受均布冲击荷载(中载情形)的简支圆板和方板的塑性动力响应问题为例,说明本文方法的计算方法及步骤,并显示出本文方法的优越性。     

功能梯度简支矩形板的非线性动力响应

研究了功能梯度简支矩形板在横向简谐激励作用下的非线性动力响应问题。采用幂律分布规律描述功能梯度材料的等效材料参数,基于Galerkin法建立了系统广义坐标的常微分控制方程。利用平均法得到了系统的幅频响应特性,分析了功能梯度矩形薄板的非线性主共振特性。数值算例验证了平均化方法的正确性,揭示了功能梯度平板主共振响应中的多值性和跳跃现象;同时分析发现初始条件会改变功能梯度平板主共振的响应幅值。最后讨论了功能梯度材料的梯度指数对系统幅值响应的影响。     

受面内冲击载荷下加筋板的非线性动态屈曲

分析了受面内冲击载荷下加筋板的非线性弹性动态屈曲．考虑板与筋的膜力，忽略面内位移，运用Hamilton变分原理，得出非线性控制方程，采用双级数形式的挠度假设，由Galerkin方法得到离散方程组，根据B-R准则，判断加筋板的动态屈曲．     

带压电层的混合层合板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kármán型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支带压电层的混合层合剪切板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了热/机/电荷载共同作用,并讨论了温度变化、控制电压、铺层方式对固有频率及动力响应的影响。     

AN ANALYSIS FOR DIFFRACTION OF FLEXURAL WAVES AND DYNAMIC STRESS CONCENTRATIONS IN THICK PLATES WITH A CAVITY

By using the complex variable method and conformal mapping,the diffraction of flexu-ral waves and dynamic stress concentrations in thick plates with a cavity have been studied.A generalsolution of the stress problem of the thick plate satisfying the boundary conditions on the contour of anarbitrary cavity is obtained.By employing the orthogonal function expansion technique,the dynamicstress problem can be reduced to the solution of an infinite algebraic equation series.As an example,the numerical results for the dynamic stress concentration factor in thick plates with a circular,ellipticcavity are graphically presented.The numerical results are discussed.     

加筋板弹性大挠度的冲击响应分析

用半解析的方法分析了横向冲击载荷下加筋板的非线性瞬态响应。考虑膜力的存在 ,忽略筋截面上的剪切应力 ,引入板的应力函数 ,采用离散加筋板模型 ,运用能量原理建立加筋板的动响应控制方程。假设挠度为双级数形式 ,运用迦辽金法 ,将加筋板的动响应方程转化为一个多自由度的动力系统 ,采用数值方法来求解。最后给出了几个模型的计算结果。     

固支加筋方板的大挠度塑性动力响应

本文详细分析了爆炸载荷作用下固支回筋方板的大挠度塑性动力响应，给出了各种可能的运动模拟以及相应的差别条件，导出了最大残余变形的计算式，与文献［３］的试验结果比较表明，在多数情况下符合良好。     

圆板在物体撞击下的非线性动力响应

本文在Von Kármán大位移的意义上,利用虚位移原理伽辽金方法建立了圆板在物体撞击下的非线性动力响应的控制微分方程,在研究响应问题时,考虑了冲击载荷与圆板位移响应之间的耦合影响,文中使用时间增量法和奇异摄动理论求解问题的控制方程,获得了固支圆板非线性动力响应的近似解,并且求解了具体算例,绘出了圆板位移、应力响应曲线以及冲击力随时间的变化曲线。     

LARGE DEFLECTION DYNAMIC PLASTIC RESPONSE OF CLAMPED SQUARE PLATES WITH STIEEENERS

The large deflection dynamic plastic response of fully clamped squareplates with stiffeners under blast load is analyzed in detail in this paper. Variousrelevant motion patterns and criterions are presented. The formulas of maximumpermanent deformation of the plates with stiffeners are derived. The results ofcalculation are compared with those of experiment in [3], with good agreement shownin most cases.     

LARGE AMPLITUDE FREE VIBRATIONS OF LAMINATED COMPOSITE PLATES

This paper deals with large amplitude free flexural vibrations of laminated composite plates using a 9-node Heterosis degenerated isoparametric quadrilateral element, including the effects of transverse shear and rotary inertia. The nonlinear dynamic equations of the plates are formulated in von Karman's sense. Amplitude-frequency relationships are obtained through dynamic response history using the Newmark numerical integration scheme. Detailed numerical results based on various parameters are presented for orthotropic laminated plates with different boundary conditions. The rectangular anti-symmetric cross-ply plates show the softening type of nonlinearity for initial small amplitudes. The displacement amplitudes decrease and nonlinear frequencies increase with the increment of time. Supported by the NNSFC (No. 19672033), the National Key Project on Basic Research and Applied Research (PD9521904) and the Doctoral Training Foundation of Education Commission of China(No. 98000304).     

低速冲击激励下嵌入黏弹性阻尼芯层的纤维金属混杂层合板动态响应预测模型

本文首次从解析角度建立了低速冲击激励下嵌入黏弹性阻尼芯层的纤维金属混杂层合板动态响应预测模型. 首先,结合经典层合板理论和冯$\cdot$卡门假设,建立了嵌入黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板弹性损伤本构关系. 然后,将层合板受冲击时的变形分成接触和拉伸两个区域,在接触区域内,对金属层采用 Von Mises 失效准则,纤维层采用 Tsai-Hill 失效准则和对黏弹性层采用指数 Drucker-Prager 失效准则判断层合板损伤情况. 考虑不同材料层对冲击动态响应的贡献来修正两个变形区域的位移公式,进而计算结构因弹性变形产生的应变能,以及接触区域因塑性变形消耗的能量,实现每次失效事件发生后各层材料的能量、位移和冲击接触力的理论求解,并给出了结构动态响应分析的具体流程图. 最后,以嵌入 Zn33 黏弹性芯层的 TA2 钛合金混杂 T300 碳纤维/树脂层合板为研究对象,开展落锤冲击实验. 验证结果表明,理论预测与测试获得的冲击接触力、位移响应以及冲击载荷-位移曲线吻合较好,且关注的峰值点计算误差最大不超过 9%,进而验证了所提出的理论模型的有效性.      

A DYNAMIC RESPONSE PREDICTION MODEL OF FIBER-METAL HYBRID LAMINATED PLATES EMBEDDED WITH VISCOELASTIC DAMPING CORE UNDER LOW-VELOCITY IMPACT EXCITATION 1)

本文首次从解析角度建立了低速冲击激励下嵌入黏弹性阻尼芯层的纤维金属混杂层合板动态响应预测模型. 首先,结合经典层合板理论和冯$\cdot$卡门假设,建立了嵌入黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板弹性损伤本构关系. 然后,将层合板受冲击时的变形分成接触和拉伸两个区域,在接触区域内,对金属层采用 Von Mises 失效准则,纤维层采用 Tsai-Hill 失效准则和对黏弹性层采用指数 Drucker-Prager 失效准则判断层合板损伤情况. 考虑不同材料层对冲击动态响应的贡献来修正两个变形区域的位移公式,进而计算结构因弹性变形产生的应变能,以及接触区域因塑性变形消耗的能量,实现每次失效事件发生后各层材料的能量、位移和冲击接触力的理论求解,并给出了结构动态响应分析的具体流程图. 最后,以嵌入 Zn33 黏弹性芯层的 TA2 钛合金混杂 T300 碳纤维/树脂层合板为研究对象,开展落锤冲击实验. 验证结果表明,理论预测与测试获得的冲击接触力、位移响应以及冲击载荷-位移曲线吻合较好,且关注的峰值点计算误差最大不超过 9%,进而验证了所提出的理论模型的有效性.     

分析薄壳塑性动力响应问题的一种数值方法

探索薄壳塑性动力响应问题的分析与数值方法,是当今力学中的重要课题之一。笔者曾给出联合应用拉普拉斯变换和最小二乘法分析梁、板、壳塑性动力响应的方法。本文分别针对承受中载的短壳和长壳问题,给出只用最小二乘法分析其塑性动力响应的方法。     

正多边形板的塑性动力响应小挠度分析和大挠度分析

本文基于刚性板块的总体平衡,建立运动方程,首次完整地分析了正多边形板的塑性动力响应,得到了周边简支或固支的正多边形板在均布矩形脉冲作用下的塑性动力响应小挠度解析解,并用膜力因子法作了大挠度理论分析。所得的结果包含了作为特例的正方形板、圆板等情形,具有广泛应用价值,同时具有理论上和数学上的意义。     

舰船底部液舱结构在水下爆炸作用下的动态响应实验研究

实验研究了舰船底部液舱双层板结构在水下爆炸作用下的动态响应问题。对舰船底部液舱模型在空载、半载和满载状态下进行了水下爆炸实验,测量了底部液舱外板和内板的壁压、加速度和动态应变等参数。在此基础上,分析了船体底部液舱外板和内板在水下爆炸作用下的响应特点,液舱满载时水下爆炸冲击波的透射作用和半载液舱飞溅载荷对内底的冲击作用等问题。     

孔结构金属复合夹芯板抗爆炸冲击响应及吸能特性研究

采用有限元方法研究爆炸载荷下四边固支孔结构金属复合夹芯板的动力响应及吸能特性，给出了孔结构金属复合夹芯板的动力响应过程，得到夹芯板的变形模式，比较了孔结构金属复合夹芯板与非孔结构金属复合夹芯板的抗爆炸冲击性能，同时讨论了孔大小、间距、排布方式和面板质量分布等因素对孔结构金属复合夹芯板抗爆炸冲击性能的影响。研究结果表明，迎爆面外面板的孔设计使爆炸冲击波穿过孔洞直接作用在芯材上，增强了芯材的压缩，从而提高了夹芯板的能量吸收能力。同等面密度情况下，内外面板厚度比大于1的孔结构金属复合夹芯板变形挠度小于内外面板厚度比小于1的孔结构金属复合夹芯板。进一步研究发现，通过合理设计内外面板的质量分布，可以使孔结构金属复合夹芯板的抗爆炸冲击性能最优。     

多孔金属夹层板在冲击载荷作用下的动态响应

借助两种有限元软件ABAQUS和LS_DYNA, 模拟和分析了两种厚度不同的泡沫铝合金夹层板(三明治板)、方孔蜂窝形夹层板和波纹形夹层板在冲击载荷下的动态响应. 4种夹层板的单位面积密度相同,冲击载荷分别用泡沫铝子弹与不锈钢子弹模拟. 讨论了泡沫金属夹层板和格构式夹层板在不同冲击载荷作用下的变形机制,重点在于对夹层板的吸能特性及板内各部分吸能变化规律的探讨.研究结果表明: 在泡沫子弹冲击下,夹层板主要是通过自身变形来消耗子弹动能,并转化为自身内能. 厚度为22\,mm的泡沫金属夹层板吸收能量最多,底面变形最小,是结构性能最优的夹层板;在刚性子弹高速冲击穿透过程中,格构式夹层板的吸能性能比单位面积密度相同的泡沫金属夹层板的吸能性能更好. 波纹形夹层板的能量吸收能力在4种板中最高.