复合材料面层夹层扁壳非线性精化理论及应用

考虑面层横向剪切变形以及横向剪应力在面层和芯层粘结处连续,应用Hamilton原理建立了正交铺设复合材料面层夹层扁壳新的非线性精化理论。在静力问题情形,控制方程和边界条件化简为用四个基本未知函数表述。作为理论的应用,分析了简支边界条件下正交铺设复合材料面层夹层圆柱壳和夹层球壳的非线性弯曲,得到了其挠度响应和层间应力响应。     

具脱层的轴对称层合圆板的非线性振动分析

基于Von Karman板理论,应用三分区模型,建立了考虑横向剪切效应时具任意脱层的正交对称铺设轴对称层合圆板在径向压力荷载作用下的非线性运动微分方程。对未知变量在空间上采用Bessel函数,应用Galerkin法,得到无量纲的仅关于时间函数的运动微分方程,并应用谐波平衡法对此方程进行求解,算例中讨论了不同脱层半径、脱层深度对具脱层的正交对称铺设轴对称层合圆板非线性幅频响应的影响。     

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Zig-Zag变形假定的复合材料夹层板的自由振动

针对复合材料夹层板的实际变形特征，基于Zig-Zag变形假定和Mindlin一阶剪切理论，建立了复合材料夹层板自由振动的有限元模型，在该模型中分别对上、下面板和芯体建立了三个独立坐标系，使三部分的转角独立，为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型；在此基础上推导了相应的刚度阵和质量阵，并采用子空间迭代法求解。夹层板的固有频率。通过典型考题证明了本模型的有效性。文中最后还通过参数讨论，研究了具有不同长厚比的复合材料夹层板基频的变化规律。     

复合材料面层夹层板中转动一致有效理论

采用分层位移模式，引入夹层板层间和表面剪应力协调条件，导出位移场的修正形式。根据能量误差一致原则，应用最小位能原理建立了复合材料层夹层板的基本方程和边界条件。     

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。     

复合材料板的几何非线性行为综述

本文概述了利用分析方法了解弹性层合板静态大挠度,后屈曲和非线性动态响应方面的进展.在对称层合板情况下不存在弯曲-拉伸耦合.应用了正交异性板或各向异性板的经典非线性理论,还提供了有关这些板的参考文献.简要评述了许多类型边界条件下一般层合板的非线性剪切变形理论和一般解法.在本综述中讨论的使复合材料板几何非线性行为复杂化的一些影响因素是:横向剪应力和正应力,转动惯量和面内惯量,面内初始边界力,几何缺陷,切口,以及非经典边界条件.     

复合材料板的几何非线性行为综述

本文概述了利用分析方法了解弹性层合板静态大挠度,后屈曲和非线性动态响应方面的进展.在对称层合板情况下不存在弯曲-拉伸耦合.应用了正交异性板或各向异性板的经典非线性理论,还提供了有关这些板的参考文献.简要评述了许多类型边界条件下一般层合板的非线性剪切变形理论和一般解法.在本综述中讨论的使复合材料板几何非线性行为复杂化的一些影响因素是:横向剪应力和正应力,转动惯量和面内惯量,面内初始边界力,几何缺陷,切口,以及非经典边界条件.      

空间杆系与叠层板组合结构的非线性稳定分析

本文用非线性有限元法研究一种空间杆系与复合材料叠层板组合结构的非线性稳定问题。将杆系离散成空间梁柱单元，将复合材料叠层板离散成复合材料叠层板单元，并考虑了几何非线性和板的成层正交各向异性性质。为了获得较高的计算效率并顺利通过稳定临界点，求解非线性平衡方程采用了变增量步长和柱面弧长法迭代策略。在考证了程序的正确性之后，具体分析了几个工程模型，得出了于工程设计有益的结论。     

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。     

复合结构剪切板的屈曲与后屈曲研究

基于Ｒｅｉｓｓｎｅｒ剪切板理论，本文将现有理论模型推进了一步，导出了控制复合材料和构造矩形板平衡的广义Ｋａｒｍａｎ大挠度方程。此外，运用摄动技术，构造了一个单向压缩简支剪切矩形板的后屈曲渐近解，适用于面板和夹心材料都具正交各向异性的夹层板以及计及横向剪切变形对称铺设的层合板。文中给出了典型算例，并将当前结果与其它理论或数值解作了比较，显示出相当好的一致性。     

空间杆系与叠层板组合结构的非线性稳定分析

本文用非线性有限元法研究一种空间杆系与复合材料叠层板组合结构的非线性稳定问题，将杆系离散成空间梁柱单元，将复合材料叠层板离散成复合材料叠层板单元，并考虑了几何非线性和板的成层正交各向异性性质。为了获得较高的计算效率并顺利通过稳定临界点，求解非线性平衡方程采用了变增量步长和柱面弧长法迭代策略。在考证了程序的正确性之后，具体分析了几个工程模型，得出了于工程设计有益的结论。     

粘弹性夹心夹层结构卸载后的裂纹持续扩展现象研究

以聚氨酯弹性体钢夹层板为研究对象,对其进行了三点弯曲实验,对不同类型试件的实验结果进行了总结。实验发现,在加载过程中,在弯曲挠度超过一定程度时,夹层板结构的角点位置出现开裂,由于层间强度不足和夹心材料的粘弹性性质,卸载后裂纹会在一段时间内沿层间继续发生扩展,最后导致整个面板发生脱粘或夹心撕裂。针对这一现象,以弹性地基梁理论为基础,计算了上下面板的挠度差异,并使用层间粘结强度来分析试件的临界状态,获得了软夹芯试件和硬夹芯试件的临界破坏的裂纹长度。结果表明,使用层间粘结强度分析方法,获得的结果都能够描述聚氨酯弹性体钢夹层板的层间延迟破坏的特点。     

泡沫铝子弹高速撞击下铝基复合泡沫夹层板的动态响应

应用一级轻气炮驱动泡沫铝弹丸高速撞击加载技术,对实心钢板以及前/后面板为Q235钢板、芯层分别为铝基复合泡沫和普通泡沫铝的夹层板结构,在脉冲载荷作用下的动态力学响应进行实验研究。结果表明:泡沫铝子弹高速撞击靶板可近似模拟爆炸载荷效果;铝基复合泡沫夹层板的变形分为芯层压缩和整体变形两个阶段;与其他靶板相比,铝基复合泡沫夹层板的抗冲击性能最优。基于实验研究,应用LS-DYNA非线性动力有限元软件,对泡沫铝夹层板的动态响应进行数值模拟。结果表明:泡沫铝子弹的长度和初始速度对子弹与夹层板之间的接触作用力影响显著,并且呈线性关系。泡沫芯层强度对等质量及等厚度夹层板的抗冲击性能均有显著影响,夹层板中心挠度对前、后面板的厚度匹配较为敏感,在临界范围内,若背板厚度大于面板厚度,可减小夹层板的最终挠度。夹层板面板宜采用刚度较低、延性好、拉伸破坏应变较大的金属材料。     

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。     

考虑横法向热应变的C~0型Reddy板理论和三角形板单元

考虑横法向热变形,建议了C0型Reddy理论,并用于分析复合材料层合/夹层板热膨胀问题。虽然考虑了横法向热应变,但不增加额外的位移变量。此理论位移场不含有横向位移一阶导数,构造有限元时仅需C0插值函数。基于这一模型,运用虚位移原理推导了复合材料板平衡方程以及构造了6节点三角形板单元,并分析了简支复合材料层合/夹层板的热膨胀问题。数值结果表明,建立的模型能准确分析复合材料层合/夹层板热膨胀问题,而忽略横法向热应变的理论分析热膨胀问题误差较大。     

考虑芯层离散特性的方形蜂窝夹层板自由振动分析

针对方形蜂窝夹层板,考虑其离散的芯层结构形式,在经典夹层板理论的基础上,运用Hamilton变分原理导出了其离散结构形式的运动控制方程.该文以四边简支的方形蜂窝矩形夹层板为例,采用傅立叶级数和伽辽金法求解出夹层板固有频率的半解析解,并与有限元仿真结果进行了比较,两者吻合良好.该文还将夹层板与等质量的实体板固有频率进行了比较,讨论了夹层板芯层薄壁间距、厚度、高度以及面板厚度对其固有频率的影响.计算结果表明,夹层板相对实体板具有很大的刚度;芯层薄壁高度相对其它参数对夹层板固有频率的影响更大.     

曲壁蜂窝夹层板的振动特性研究

曲壁蜂窝具有负刚度特性,可以在大变形过程中吸收能量、抗冲击,并且在冲击过后可以自我恢复而不像传统蜂窝被压溃。本文将曲梁构成的负刚度蜂窝作为芯层,建立夹层板的动力学模型;推导出了曲壁负刚度蜂窝胞元的等效弹性参数,将其周期性排列为蜂窝芯,应用Reddy高阶剪切变形理论、Von-Karman大变形关系和Hamilton原理推导了负刚度蜂窝夹层板的非线性动力学方程;应用Navier法计算了四边简支边界条件下的固有频率。并利用有限元软件ABAQUS建立模型,计算固有频率,与理论计算结果进行比较,结果显示二者的计算结果具有较好的一致性,验证了芯层等效弹性参数及模型的有效性。探讨了在蜂窝胞元具有较高吸能情形下,夹层板在不同芯层厚度、不同芯厚比以及不同胞元曲壁厚度时的固有频率的变化特性。     

撞击载荷下泡沫铝夹层板的动力响应

应用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了固支方形夹层板和等质量实体板的动力响应,分别应用激光测速装置和位移传感器测量了泡沫子弹的撞击速度和后面板中心点的位移历史,给出了夹层板的变形与失效模式,研究了子弹冲量、面板厚度、泡沫芯层厚度及芯层密度对夹层板抗撞击性能的影响。结果表明,后面板中心点挠度最大,周边最小,整体变形为穹形,且伴有花瓣形的变形。参数研究表明,通过增加面板厚度或芯层厚度均能有效控制后面板的挠度,改善夹层板的能量吸收能力,结构响应对子弹冲量和芯层密度比较敏感。实验结果对多孔金属夹层结构的优化设计具有一定的参考价值。 更多还原     

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。