用于多种夹层板等效的有限元分析法

针对夹层板力学性能解析法难于计算复杂结构的夹层板且通用性差的问题,本文采用有限元分析法研究了夹层板性能的等效方法。对夹层板的代表体单元模型施加位移约束,模拟弯曲变形时线性独立的应变分量和弯曲内力;根据夹层板内力与应变的本构关系,求出刚度矩阵;最后由刚度矩阵得出宏观等效弹性常数,从而把夹层板等效成连续材料的单层板单元。将该方法与解析法计算结果进行比较得到的夹层板单元四个主要弹性常数误差在0.2%以内,验证了该方法的有效性;另外采用该方法等效三种典型结构夹层板,比较实际模型和等效模型的弯曲响应,得到的误差均在1.4%以内,表明该方法在不考虑复杂多变的夹芯结构时具有通用性。     

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。     

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.     

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...     

四边简支硬夹芯夹层板的弯曲问题研究

现有的夹层结构理论都是将夹芯视为软夹芯,忽略了其面内应力分量和弯曲刚度.该理论不能满足近年来出现的硬夹芯夹层结构.对此,考虑了以上被忽略的因素,修正了Reissner理论的软夹芯假设,提出了考虑夹芯面内应力分量和弯曲刚度的硬夹芯夹层板基本假设.根据最小势能原理得到了硬夹芯夹层板弯曲的基本方程和边界条件,给出了四边简支硬夹芯夹层板在横向载荷下弯曲的解析解.另外本文还研究了硬夹芯夹层板弯曲问题的有限元法,推导了四节点四边形等参单元的有限元列式,并用MATLAB编程求解了具体算例.     

轻质金属点阵夹层板热屈曲临界温度分析

本文针对均匀温度场下四边简支和四边固支金属点阵夹层板的临界热屈曲温度进行了求解和参数影响分析。将点阵夹芯等效为均匀连续体,并且将夹层板的剪切刚度近似为点阵夹芯的抗剪切刚度,忽略夹芯的抗弯刚度且认为夹层板主要由面板来提供抗弯刚度。对于无法获得解析解的四边固支条件,通过对未知变量进行双傅里叶展开的方法求解了Ressiner夹层板模型的临界屈曲温度,理论分析结果与有限元计算结果吻合良好。进一步分析了不同边界条件、点阵胞元构型、点阵材料相对密度、面板厚度等对临界屈曲温度的影响规律。     

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。     

新型类蜂窝夹芯面外等效力学性能

作为多孔材料的典型代表,蜂窝夹层结构被广泛应用于航空航天、汽车船舶等重要领域,因此对其力学性能进行研究具有十分重要的工程意义。利用应变能等效原理对一种新型类蜂窝夹芯的面外等效弹性模量和等效剪切模量进行了推导,并利用有限元数值模拟对此理论模型进行了验证。经对比发现,数值模拟结果和理论计算误差控制在10%以内,验证了此新型类蜂窝夹芯面外力学等效模型的可靠性。本文所阐述的内容完善了该新型类蜂窝夹芯在力学性能方面的研究,也为此新型类蜂窝夹层结构在工程实际中的推广和应用提供了理论依据和基础。     

三角形夹芯板夹心层的等效弹性常数

推导了三角形夹芯板夹心层的等效弹性常数,为验证所推导的弹性常数的合理性,用NASTRAN有限元计算程序对两种模型进行了静力计算比较,一种是用所推导的弹性常数将夹心等效后,以层合板的形式进行计算的模型,另一种是对整个结构直接采用板单元进行计算的模型.计算结果表明:两种模型结果吻合良好.     

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。     

基于均匀化理论的管板有效弹性常数的研究

根据多尺度均匀化理论建立了管板有效弹性常数研究的有限元计算模型，在弹性平面状态下，计算结果与ASME规范中采用的有效弹性常数进行了比较，其相对误差在0．2％，然后对管板中胀接管子的加强作用进行了研究，得到了管板有效弹性常数与胀接管子在孔间带效率为0．4时的变化曲线。计算结果表明，用均匀化方法计算管板的有效弹性常数是可行的。     

缝纫复合材料层合板面内弹性模量分析

基于对缝纫孔附近局部细观结构的分析，提出了一种预测缝纫复合材料层合板面内力学性能的理论模型．从分析缝孔单胞的纤维弯曲几何特征入手，最终得到单向板及层合板的弹性常数．通过有限元分析研究了缝纫参数对复合材料层合板面内等效模量的影响．研究结果表明，缝纫造成单向板及层合板面内材料性质的不均匀，随着缝纫密度和缝纫线直径的增加，层合板的等效模量逐渐降低．     

Effective elastic constants of polycrystalline aggregates

A method is presented for the determination of the effective elastic constants of a transversely isotropic aggregate of weakly anisotropic crystallites with cubic symmetry. The results obtained generalize those given in the literature for the second and third order elastic constants. In addition, the second moments and the binary angular correlations of the second order stiffnesses are obtained. It is also explained how these moments can be used to find the two-point correlations of the elastic constants.     

用均匀化理论分析蜂窝结构的等效弹性参数

在线弹性范围内,根据均匀化理论,并结合有限元方法推导出适用于二维周期性结构的均匀化的有限元格式（Homo FEM）,计算出不同相对密度下的规则蜂窝结构的等效弹性模量Ee和泊松比νe.同时,利用蜂窝结构的代表胞元模型,用常规的有限元方法（FEM）模拟计算出相应的等效弹性参数.最后将两种数值计算结果与己有的理论公式进行了比较和分析讨论.结果表明:在考察的相对密度全场范围内（0～0.4）,HOmO FEM得到的蜂窝结构的 Ee和νe 与 FEM使用平面实体单元模拟计算得到的结果一致吻合,反映出 Homo FEM数值方法的客观准确性和可行性.而 Gibson公式和 W-K得到的等效弹性模量值 Ee只是在较小相对密度的情况下（小于0.15）与数值计算结果吻合.当结构的相对密度较大时,必须考虑胞棱附近区域由应力集中导致的复杂的应力和应变分布的影响.     

Affine Transforms of Three-Dimensional Anisotropic Media and Explicit Formulas for Fundamental Matrices

The concept of classes of algebraically equivalent anisotropic three-dimensional media is introduced: elastic fields in such media are related by simple algebraic expressions. An explicit formula is obtained for a fundamental matrix with ten free constants in the elastic modulus tensor (rather than for five free constants, as in the famous case of transverse isotropy). A hypothesis is formulated and several questions are posed, which are related to the notion of algebraic equivalence under discussion. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 47, No. 2, pp. 95–102, March–April, 2006.     

Improved rigorous bounds on the effective elastic moduli of a composite material

A new method for deriving rigorous bounds on the effective elastic constants of a composite material is presented and used to derive a number of known as well as some new bounds. The new approach is based on a presentation of those constants as a sum of simple poles. The locations and strengths of the poles are treated as variational parameters, while different kinds of available information are translated into constraints on these parameters. Our new results include an extension of the range of validity of the Hashin-Shtrikman bounds to the case of composites made of isotropic materials but with an arbitrary microgeometry. We also use information on the effective elastic constants of one composite in order to obtain improved bounds on the effective elastic constants of another composite with the same or a similar microgeometry.     

蜂窝夹层板结构等效模型比较分析

在对蜂窝夹层板结构进行有限元分析时,要对其进行等效处理,采取等效方法的合理性将直接影响到计算结果的准确性.分别采用Reissner理论、Hoff理论、三明治夹芯板理论三种不同的等效方法建立有限元模型,然后进行了静力分析和模态分析,并将每种等效方法的计算结果与实体单元建立的蜂窝夹层板模型计算结果进行了比较.与Reissn...     

The computation of dynamical moduli of solids under pressure

On the basis of the theory of finite strains, expressions are obtained in general form for the effective adiabatic second order elastic constants of crystals of any symmetry in terms of the isothermal elastic constants of second, third, and higher orders in the free energy decomposition. These expressions are used in the case of crystals of cubic symmetry under hydrostatic conditions to find the elastic wave velocities in mono- and polycrystals, and their pressure dependences. The polycrystal was considered as an isotropic body consisting of a large number of cubic monocrystals. The isotropic elastic constants were calculated from theoretical and experimental results for monocrystals in the Voigt-Reuss-Hill approximation. A method of applying this approximation to thermodynamic effective second order elastic constants is proposed. The results of a computation are compared with data of experiments to measure the sound velocity in polycrystalline NaCl and CsCl specimens under pressures to 100 kbar. The results of this comparison are discussed.Translated from Zhurnal Prikladnoi Mekhaniki i Tekhnicheskoi Fiziki, No. 4, pp. 162–170, July–August, 1972.