丝束轴向变角度复合材料梁的弹性分析

丝束变角度复合材料具有变刚度的特点,因此其结构分析具有相当难度．本文采用状态空间法和微分求积法联合的半解析数值方法对丝束轴向变角度复合材料梁的弯曲问题进行研究．假设纤维方向角沿梁的轴向按照任意连续函数变化,选取位移和位移的一阶导数作为状态变量,建立了丝束轴向变角度复合材料梁弹性分析的状态空间方程,将状态变量对轴向坐标的导数采用微分求积法进行求解,进而可得问题的半解析数值解．通过与现有文献及ABAQUS计算结果的比较,验证了本文方法的正确性,并对微分求积法求解本问题的收敛性进行了分析．通过数值算例研究了纤维方向角沿梁轴向的变化对丝束轴向变角度复合材料梁的位移及应力分布的影响,研究结果可为该种结构的设计提供一定的参考．     

钢管混凝土桥墩考虑粘结滑移效应的非线性纤维单元

基于粘结滑移理论和纤维模型建立了一个新的钢管混凝土桥墩单元,以提高钢管混凝土桥墩非线性分析的计算精度和计算效率。该单元是建立在小变形假定的基础上,同时忽略了剪切变形和扭转变形的影响。基于纤维模型的基本原理,将截面划分为不同的纤维组成,每根纤维的特性由材料的应力-应变本构关系描述,对截面上钢管、混凝土以及粘结滑移本构关系进行积分可以获得单元的非线性滞回特性;根据有限单元柔度法的基本理论,采用力的插值函数使单元始终满足轴力平衡和弯矩平衡条件。对比模型的计算结果和试验结果,可以看出本文模型具有良好的数值稳定性和鲁棒性,可以准确地计算钢管混凝土桥墩在复杂荷载作用下的滞回行为。最后本文对模型的适用性进行了讨论,分析了误差产生的原因并指出了需要进一步开展的工作。     

超磁致伸缩材料执行器非线性动力学行为分析

考虑了超磁致伸缩棒的对称有间隙滞回特性,建立了相应的超磁致伸缩材料执行器的动力学模型。通过渐进法分析,得到超磁致伸缩材料执行器运动相应的近似解析式。通过数值模拟,发现对称有间隙滞回非线性振动系统具有复杂的分叉和混沌行为。     

L形柱在反复荷载作用下的非线性分析

在平截面假定的前提下,将钢筋混凝土L形柱划分为两端弹塑性区、中间为弹性区的三分段杆单元模型。将应用于平面剪力墙的多垂直杆单元模型拓展为空间的多垂直杆单元模型,推导了拓展的多垂直杆单元模型单元刚度矩阵,经静力凝聚为三分段杆单元模型刚度矩阵,该单元模型可用于各种截面形式的钢筋混凝土异形柱、剪力墙墙肢和梁的非线性分析,计算工作量较小。讨论了目前垂直杆的轴向拉压滞回模型,提出了轴向拉压滞回曲线考虑骨架曲线下降段的简化处理方法。最后提供了算例,结果表明本文方法计算的滞回轴线与在反复加载下L形柱的试验结果吻合较好。     

单向纤维增强复合材料的载荷集中因子和裂纹扩展统计理论

本文对单向纤维增强复合材料裂纹扩展统计理论的两个主要论据进行了研究.1.由于纤维断裂引起的应力重分布的计算:文中采用通常的剪滞模型,进行了弹塑性形变理论分析和弹性分析,弹性分析的结果与已有的J.M.Hedgepeth 的结果相符.2.裂纹扩展模型的探索:这里舍弃沿用Gücer-Gurland.Rosen 链式模型,提出了逐渐扩大断裂层的模型,参照A.S.Argon 等人的方法进行了统计分析,得到了单向纤维增强复合材料拉伸强度的计算公式.     

含大量随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数计算的内嵌区域模型法

利用有限元方法求取单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数的计算模型包括三维模型、两维平面应变模型、单胞模型等等.由于单胞模型仅仅适用于纤维规则排列情况.在纤维随机分布且纤维大小亦为随机时,单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数必须通过对于复合材料块体的计算才能获得.同时在随机分布纤维的数量增大时,三维模型和二维平面应变模型的计算量急剧增加,模型的处理能力不强.该文提出一种利用内嵌区域模型来计算含大量随机大小、随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料块体的横向弹性性能参数的方法,有效降低了计算量.在较低的计算费用下,能够快速获得单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数.     

材料强度对层板抗弹性能和损伤特性的影响

根据纤维增强复合材料宏细观结构特征,基于ABAQUS软件平台,建立了层合板高速冲击损伤三维有限元分析模型。该模型在复合材料层间引入界面单元模拟层间分层,采用三维粘弹性本构,结合Hashin失效准则模拟单层板面内损伤.利用该模型,深入研究了复合材料层板的抗弹性能和损伤特性,数值分析结果与实验结果吻合良好,证明了该方法的合理有效性。通过数值分析,详细探讨了材料强度参数对层板抗弹性能和损伤特性的影响规律,获得了一些有价值的结论。     

纤维排列方式对复合材料总体粘弹性常数的影响

对于金属基或高分子聚合物基复合材料，在特定情况下会表现出明显的粘弹性特性。本文采用Riemann—Liouville形式的分数阶导数模型描述基体的粘性特性，通过渐进均匀化方法给出了预测纤维加强复合材料整体本构关系的解析表达式，给出应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。最后，考察了圆截面纤维正方形排列和对角排列时的总体粘弹性弹性常数随纤维比的变化曲线。结果表明，这类复合材料仍具有粘弹性特性，其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的贡献，粘性部分来自基体粘性的贡献，复合材料具有和基体相同的粘性系数和分数阶。为分析微结构特征对整体特性的贡献，须求解两类局部问题。在相同纤维体积比情况下，正方形排列的总体弹性系数大于正方形对角排列，而粘性常数相反。     

岩石非弹性特性的内时理论模型

针对岩石的非弹性特性,将内时理论引入到岩石特性的研究中来。首先对内时理论的方程作了简要推导和说明。将核函数作四阶的Prony展开,将积分方程用一组微分方程来代替,最后得出可以进行数值运算的内时方程。在MTS压机上进行了砂岩、花岗岩等不同岩石样品的多种循环加卸载实验,得到一系列应力—应变曲线。根据滞回曲线的拐点,用最小二乘拟合法来具体确定内时方程中的有关参数。将理论产生的各种滞回曲线与实验滞回曲线作比较,可以看出在滞回曲线和残余应变这二个岩石非弹性特性最明显的标志上,非常一致。说明在中等应变强度时,利用内时理论可以对岩石非弹性特性作很好的研究。与塑性理论比较,可以免去确定屈服面的困难。最后对岩石滞回特性的微观机制用P-M模型作了简要讨论和分析。     

正常及病态下静脉壁的力学特性分析

本文应用多束纤维加强超弹性复合材料应变能函数及厚壁圆筒模型,通过有限变形弹性理论研究了正常及病态下静脉壁在静脉压及轴向预拉伸作用下的变形和应力分布等力学特性,着重分析了静脉移植后自适应变化静脉壁在动脉压下的力学特性.首先利用超弹性材料厚壁圆筒模型得到了静脉壁在静脉压下的变形方程,给出了静脉压下静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了静脉壁的力学特性.给出了静脉移植后,正常和自适应变化静脉壁在动脉压下的变形和应力分布曲线,讨论了静脉移植后静脉壁的力学特性及其自适应性变化.然后给出了各种病态静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了材料参数的变化对静脉壁力学特性的影响规律.     

一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法

在最小二乘意义下提出了一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法.这种方法由于考虑了等效弹性张量各分量之间的耦合关系,所求得的等效弹性常数比传统方法更可靠,可适用于求解含任意形状的夹杂和夹杂物问题.通过算例计算了在不同弹性模量对比度下两相复合材料的等效弹性性能,并与相关的理论及数值结果进行了比较,结果表明,利用该方法计算含夹杂复合材料等效弹性常数是可行的.     

复合材料扭转轴截面微结构拓扑优化设计

提出复合材料扭转轴截面微结构拓扑优化设计新模型，模型的优化目标是获得具有最大宏观剪切特性加权和的单胞形式．通过模型和均匀化方法及优化技术可以获得优化的微结构单胞，进而改善或者得到最优宏观弹性特性的复合材料．为了便于制造和应用，胞体材料用来获得复合材料的极值剪切模量．最后的优化结果表明，该模型连同数值处理技巧可以非常有效地实现微结构的拓扑优化设计．     

Micromechanics of elasto-plastic materials reinforced with ellipsoidal inclusions

The effective mechanical behavior of an elasto-plastic matrix reinforced with a random and homogeneous distribution of aligned elastic ellipsoids was obtained by the finite element simulation of a representative volume element (RVE) of the microstructure and by homogenization methods. In the latter, the composite behavior was modeled by linearization of the local behavior through the use of the tangent or secant stiffness tensors of the phases. “Quasi-exact” results for the tensile deformation were attained by averaging of the stress-strain curves coming from the numerical simulation of RVEs containing a few dozens of ellipsoids. These results were used as benchmarks to assess the accuracy of the homogenization models. The best approximations to the reference numerical results were provided by the incremental and the second-order secant methods, while the classical or first-order secant approach overestimated the composite flow stress, particularly when the composite was deformed in the longitudinal direction. The discrepancies among the homogenization models and the numerical results were assessed from the analysis of the stress and strain microfields provided by the numerical simulations, which demonstrated the dominant effect of the localization of the plastic strain in the matrix on the accuracy of the homogenization models.     

三维机织复合材料的弹性性能预报模型

建立了基于等效响应比拟技术的三维机织复合材料弹性性能预报模型．首先将三维机织物的结构单元分解为4个子元(经纱、纬纱、填充纱和接结纱),用几何模型去估算这些子元的体积分数．然后依据不同的外载形式,将复合材料的应力-应变关系等效地表达为3组诸子元所组成的三维弹簧网络．根据刚度系数的物理意义,采用不同的弹簧网络连接形式,并按体积平均化方法获得材料总体刚度矩阵中相应的刚度系数,进而计算得到三维机织复合材料的9个弹性系数．该模型考虑了层内交织经纱、层间交织接结纱的弯曲以及材料内部纯树脂区对三维机织复合材料弹性性能的影响．试验结果与模型的理论预测值进行比较,表明这个模型是有效的。     

平面织物复合材料机械性能的数值细观力学分析

本文根据应变能等效原理,利用有限元分析方法,处理了单层平面织物复合材料弹性性质的细观力学估算问题.建立了平面织物增强树脂的单方向波纹模型,对于织物的结构,组分性质与复合材料的宏观性能的关系作了系统处理.给出了一组较完整的平面织物复合材料单层弹性常数的估算结果,数值予告与实验结果比较,表明文中所提出的方法是有效的,并且可以进一步用它来考虑更为完善的平面织物复合材料二维波纹模型的分析.     

复合材料薄壁旋转梁的研究进展

本文综述了近年来复合材料薄壁旋转梁的研究进展,着重介绍了围绕梁平面外翘曲问题,各国学者在非线性梁理论、用解析法和有限元法构造复合材料薄壁梁模型方面做的工作,讨论了此领域需进一步研究的问题．      

复合材料水翼水动力与结构强度特性数值研究

针对复合材料水翼存在的流固耦合求解问题,结合其自身特有属性,对复合材料水翼结构变形特性进行了数值仿真计算研究.研究建立了复合材料水翼流固耦合数值计算模型,并将数值计算结果与Zarruk等的实验结果进行对比,验证模型的正确性,得出复合材料水翼尖端扭转角随雷诺数的增加而增加的研究结论.基于数值计算模型,系统地研究了不同铺层角对复合材料水翼水动力特性及强度特性的影响,结果表明:不同铺层角复合材料水翼的尖端扭转角,随铺层角的增大而减小,而其尖端位移量随铺层角的增大先减小后增大.为了削弱工程常数的影响对复合材料水翼变形的影响,研究提出了无量纲扭转角和无量纲位移量,进一步探究复合材料水翼结构的弯扭耦合作用对其变形特性的影响.最后利用蔡$\!$-$\!$-$\!$吴失效准则进行复合材料水翼强度特性的判断和分析,结果表明:不同铺层角复合材料水翼的蔡$\!$-$\!$-$\!$吴系数,随铺层角的增大呈现先减小后增大的趋势,其中0$^\circ$铺层时的复合材料水翼蔡$\!$-$\!$-$\!$吴系数最小,50$^\circ$铺层时的复合材料水翼的蔡$\!$-$\!$-$\!$吴系数最大.      

颗粒增强复合材料有效性能的三维数值分析

将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力－应变场．对旋转体和非旋转体颗粒增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算，数值与实验结果对比表明，该方法是有效的、可靠的．分析了颗粒的排列分布、颗粒取向和颗粒的几何形状对有效模量的影响．数值结果表明，颗粒的排列对有效轴向弹性模量影响较大．颗粒的取向和颗粒的形状对有效性能的影响也是显著的     

Asymptotic solutions by the successive disordering method

We develop the periodic componentmethod [1] and represent the solution of a stochastic boundary value elasticity problem for a random quasiperiodic structure with a given disordering degree of inclusions in the matrix via the deviations from the corresponding solution for a random structure with a smaller disordering degree. An example in which the tensor of elastic properties of a composite is calculated is used to illustrate the asymptotic and differential approaches of the successive disordering method. The asymptotic approach permits representing the quasiperiodic structure with a given chaos coefficient and the desired tensor of effective elastic properties as a result of small successive disordering of an originally ideally periodic structure of a composite with known tensor of elastic properties. In the differential approach, a differential equation is obtained for the tensor of effective elastic properties as a function of the chaos coefficient. Its solution coincides with the solution provided by the asymptotic approach. The solution is generalized to the case of piezoactive composites, and a numerical analysis of the effective properties is performed for a PVF (polyvinylidene fluoride) piezoelectric with various quasiperiodic structures on the basis of the cubic structure with spherical inclusions of a high-module elastic material.     

Multiscale analysis of the transverse properties of Ti-based matrix composites reinforced by SiC fibres: from the grain scale to the macroscopic scale

It is well known that the presence of continuous fibres in SiC/Ti composites leads to a high mechanical anisotropy of the composite between the longitudinal and the two transverse directions. But it is also possible that the crystallographic texture of the matrix may lead to a non-negligible anisotropy of the mechanical properties of the composite. The crystallographic orientation of the matrix grains was determined using the Electron BackScattering Diffraction technique. A local texture of the matrix of the composite is thus evidenced. Finite Element calculations are used to determine the stress field in the matrix resulting from an applied transverse loading. The representative mechanical quantities thus determined are discussed in relation with the fundamental mechanisms of plastic deformation of the matrix. Finally, the crystallographic texture of the matrix of the composite is taken into account in the numerical modellings using a three-scale model that combines crystal plasticity, a polycrystalline aggregate model and a periodic homogenization through a Finite Element unit cell for the composite analysis.