复合材料层板边缘效应的准相似元解法

用准相似单元法研究了复合材料层板直边和孔边的自由边缘效应，得到了一些具有工程意义的结果，准相似单元法是相似单元法的推广，利用这一方法可以求解三维的应力集中问题，避免了求单刚时的重复计算，由于采用了按相似层求解的技术，应用准相似单元法求解应力集中问题时对计算机容量的要求大为降低。     

应力高梯度问题的无网格分析

基于移动最小二乘法的无网格计算，采用线性基函数即可得到C^1连续位移场，使得应力，应变场在整个求解域内保持连续；节点之间脱离了单元的约束，对求解域进行离散和加密节点时变得十分灵活，因此适合分析应力高梯度问题。本文简要介绍了无网格方法的基本原理，给出了确定节点影响域大小的方法，应用无网格方法对带有V型缺口的受拉方板J23-10曲柄压力机机身进行了受力分析，得到的应力集中部位的计算结果与实际值更为接近。     

弹塑性力学问题的虚单元法

具有有限差分法特征的虚单元法，可视为是有限元法向任意多边形单元的扩展。在材料细观力学性能表征、非均质材料力学分析等非线性问题方面，传统的弹塑性有限元法具有网格数目多、效率低下等不足之处，而虚单元法使网格划分更加灵活，为材料的弹塑性力学分析等非线性问题提供了新的思路。基于增量法弹塑性力学原理和双线性投影算子，建立了弹塑性力学问题的虚单元法求解技术，提出了弹塑性力学问题虚单元法的应力更新方案，研究了弹性力学问题虚单元法的精度和收敛性，讨论了虚单元法求解弹塑性力学问题的网格依赖性。同时，开展了任意多边形和凹多边形单元的数值试验研究，结果表明，虚单元法无须分割多边形，仅需节点自由度便可求得单元刚度矩阵和应力等效荷载，程序实现简单，计算精度高，改善了传统有限元的网格依赖性和塑性区的网格奇异性。     

无限大板开孔弹性波的散射及动应力集中

采用弹性平板理论及复变函数理论，对含孔无限大平板弹性波的散射及动应力集中问题进行了分析研究，建立了求解平板开孔动应力集中问题的复变函数方法。若同时采用映射变换，就为求解平板开任意形状孔的动应力集中问题提供了一种规范而有效的方法。为说明问题，本文给出了平板开圆孔及椭圆孔动应力集中因子的数值结果。     

SH波散射与界面圆孔附近的动应力集中

建立了求解含有界面圆孔的二种不同弹性组合介质中ＳＨ波的散射和界面圆孔附近的动应力集中问题的Ｇｒｅｅｎ函数法给出了一个具有半圆形缺口的弹性半空间水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时位移函数的基本解取基本解作为Ｇｒｅｅｎ函数，建立起问题的定解积分方程最后给出了界面圆孔的动应力集中的算例和结果，并讨论了不同介质参数的组合对动应力集中的影响     

SH波入射时半空间界面裂纹与圆形衬砌的相互作用

利用复变函数和Green函数法研究了双相介质半空间界面裂纹及界面附近圆形衬砌对SH 波的 散射与动应力集中问题。首先,采用映像思想构造满足自由边界条件的散射波表达式,进而求解所需的 Green函数;其次,采用裂纹切割技术构造裂纹,并根据连续性条件建立了求解该问题的无穷代数方程组; 最后,给出了不同入射波数时界面裂纹与衬砌的相互作用。结果表明,裂纹的存在显著放大了衬砌界面的动 应力集中。     

自适应一致性高阶无单元伽辽金法

近来提出的一致性高阶无单元伽辽金法通过导数修正技术大幅度减少了所需积分点数目,并能够精确地通过线性和二次分片试验,显著改善标准无单元伽辽金法的计算效率、精度和收敛性.本文在此基础之上,充分利用无单元法易于在局部区域添加节点的优势,发展了一致性高阶无单元伽辽金法的h型自适应分析方法.根据应变能密度梯度该方法自适应地确定需节点加密的区域,基于背景积分网格的局部多层细化要求生成新的计算节点,同时考虑了节点分布由密到疏渐进过渡的情形.采用相邻两次计算的应变能的相对误差作为自适应过程的停止准则,将所发展自适应无网格法应用于由几何外形、边界外载和体力等因素造成的应力集中问题的计算分析.数值结果表明,所发展方法能够自适应地对高应力梯度区域进行节点加密,自动给出合理的计算节点分布.与已有的标准无网格法的自适应分析相比,所发展方法在计算效率、精度和应力场光滑性等方面均展现出显著优势.与采用节点均匀分布的一致性高阶无单元伽辽金法相比,它大幅度地减少了计算节点数目,有效提高了一致性高阶无单元伽辽金法在分析应力集中等存在局部高梯度问题时的计算效率和求解精度.     

SH波作用下界面任意形状孔洞附近的动应力集中

采用Green函数和复变函数法求解了平面SH波在界面任意形状孔洞上的散射问题.首先,取含有任意形状凹陷的弹性半空间,在其水平表面上任意一点承受时间谐和的反平面线源荷载作用时的位移场作为Green函数.然后,按契合方式构造出界面任意形状孔洞对SH波的散射模型,利用所得Green函数按界面位移连续条件建立求解问题的定解积分方程组,求解界面孔附近的动应力集中系数.最后,给出了界面上椭圆孔和方孔边缘动应力集中系数的数值结果,并讨论了不同介质参数和孔洞形状对孔附近动应力集中系数的影响.     

弹性力学的杂交自然单元法

为了解决自然单元法无法直接求解节点应力以及应力解精度不高的问题, 将应力杂交的思想引入自然单元法中, 与弹性问题的Hellinger-Reissner变分原理结合, 提出了弹性问题的杂交自然单元法. 算例表明: 杂交自然单元法的计算结果与解析解吻合, 证明该方法是可行的; 在求解应力方面, 杂交自然单元法比自然单元法有着更高的计算精度, 而且可以直接求解出节点的应力.     

夹层板的边界单元法

本文提出了Ｒｅｉｓｓｎｅｒ型和Ｈｏｆｆ型夹层板的直接边界单元法。从夹层板弯曲问题的基本方程出发，利用偏微分算子导出了夹层板偏微分方程的基本解，由此建立起问题的边界积分方程组，采用边界单元法求解，所得结果具有较高精度。     

复合材料层合板固化过程的数值模拟

在文［１］中作者采用了有限元和有限差分相结合的交替迭代法及Ｅｕｌｅｒ－Ｃａｕｃｈ解偶算法分析了复合材料层合板固化全过程中板内温度场和固化度场。在此基础上，本文进一步根据层合板在固化过程中不同阶段材料物性变化及损伤破坏特征，提出了两种不同破坏准则和后破坏模型，并采用非线性瞬态热弹性问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ半解析法，研究了层合板在固化全过程中的损伤破坏和热应力、变形的变化规律。通过数值模拟和分析，发现层合板在固化过程中，板内热应力出现多峰值和变号特征，这将是导致层合板早期破坏的原因，本文工作将对材料工艺工作者选择固化工艺参数具有参考价值。     

Tikhonov regularization with Incremental Hole-Drilling and the Integral Method in Cross-Ply Composite Laminates

Background: Incremental hole-drilling with the integral method has been extensively used in composite laminates but is sensitive to small measurement errors. Error sensitivity can be reduced by limiting the number of depth increments used in the calculation procedure. This approach is limited if a rapidly varying residual stress distribution exists since the calculated stress in each incremental depth is considered constant. Distortion of stress results can consequently occur due to averaging effects if the depth increments become too large. Tikhonov regularization is usually applied in isotropic materials to smooth the resulting residual stress distribution and reduce stress uncertainties, but has only been applied to composite laminates using the slitting technique. Objective: The intention of this work is to extend the use of Tikhonov regularization to incremental hole-drilling of composite laminates using the integral method. Methods: Finite element modelling is used to calculate the necessary calibration coefficients for unit pulses of uniform stress. Monte Carlo simulation is used to the determine uncertainties in the calculated residual stress distributions. Tikhonov regularization is optimised to reduce the stress uncertainty, while ensuring that the stress solution is not distorted. Results: The method is demonstrated on a GFRP (Glass fibre reinforced plastic) laminate of [0₂/90₂]_s construction and the calculated residual stress field is compared with those obtained by the standard integral method and series expansion. Conclusions: It is found that Tikhonov regularization significantly improves the accuracy of the standard integral method in composite laminates and shows good agreement with the series expansion method.

     

材料非线性对复合材料层合板热自由边界效应的影响

本文用准三维有限元法研究了材料非线性对复合材料层合板热自山边界效应的影响,给出了修正型Hahn-Tsai非线性应力-应变关系的三维形式。由本文非线性分析方法得到的层间应力与以往由线性分析方法得到的层间应力做了比较,结果表明:材料非线性能显著降低层间剪应力的集中程度,但对层间正应力影响不太明显。     

具有中心圆孔的[0°/90°]_s复合材料层合板的边界元法分析

本文在文[1]的基础上,采用子结构法建立了多层复合板的边界元方法,对具有中心园孔[0°/90°]_s的层合板的层间应力作了计算,同有限元法的结果进行了比较,结果表明,应用边界元法处理这类问题,单元划分少,节约了计算机时,而且有较高的计算精度。     

含多椭圆孔(核)复合材料加筋层板的应力集中研究

基于各向异性体平面弹性理论中的复势方法,应用杂交变分原理建立了一种与常规有限元相协调的含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元,采用该杂交应力有限元来描述层板的椭圆核区域,采用杆单元来描述加强筋(杆单元的刚度取为层板沿筋条方向的刚度),其余区域采用常规8节点等参单元进行模拟,建立起分析含多椭圆核复合材料加筋壁板问题的力学分析方法,详细讨论了椭圆核大小、位置、筋条尺寸、相对位置、铺层比例等诸参数的影响规律,得到了一些有益的结论。     

Bending and vibration of composite laminated plates

Hybrid-stress finite element method is applied for analysis of bending and vibration of composite laminated plates in this paper. Firstly, based on the modified complementary principle, a rectangular hybrid-stress plate bending element is presented which applies to analysis of laminates. Inside the element, different stress parameters are assumed according to different layers. The boundary displacements are determined by means of the assumption of YNS theory on the boundary of elements. The element formed in this way not only can take effects of transverse shear deformation and local warping into account, but also has less degrees of freedom. Then, problems of bending and vibration of laminates are solved by using this element, and the numerical results are compared with the exact solutions. This shows that the results obtained in the paper are very close to the exact results.     

动态断裂力学的无限相似边界元法

对弹性动力学的相似边界元法进行了进一步研究,推导了相应的计算公式,并在此基础上提出了动态断裂力学的无限相似边界元法.与传统的边界元法相比,相似边界元法由于只需在少数单元上进行数值积分,大大减少了计算量.对动态断裂力学问题,无限相似边界元法由于在裂纹尖端的边界上设置了逼近于裂纹尖端的无限个相似边界单元,可直接得到裂纹尖端具有奇异性的应力,而不需要设置奇异单元,从而突破了奇异单元对应力奇异性阶次的局限.另外,还讨论了无限相似边界元法得到的无限阶的线性代数方程组的求解方法.     

Analytical solutions to edge effect of composite laminates based on symplectic dual system

In the symplectic space composed of the original variables, displacements, and their dual variables, stresses, the symplectic solution for the composite laminates based on the Pipes-Pagano model is established in this paper. In contrast to the traditional technique using only one kind of variables, the symplectic dual variables include displacement components as well as stress components. Therefore, the compatibility conditions of displacement and stress at interfaces can be formulated simultaneously. After being introduced into the symplectic dual system, the uniform schemes, such as the separation of variables and symplectic eigenfunction expansion method, can be implemented conveniently to analyze composite laminate problems. An analytical solution for the free edge effect of composite laminates is obtained, showing the effectiveness of the symplectic dual method in analyzing composite laminates.     

Modal analysis of lightweight graphite reinforced silica/polymer matrix composite plates

In this paper we describe how finite element and experimental modal analyses can be used to characterize the dynamic behavior of plates made from a new class of graphite reinforced silica/polymer matrix composite (GRSPMC) materials. An agreement is obtained between both methods, and the results show that GRSPMC materials can be modeled and tested using tools similar to those applied to the study of classical composite laminates.     

缝合复合材料层板面内局部纤维弯曲模型及剪切强度预报

提出了面内局部纤维弯曲模型,基于有限元法和周期性边界条件建立了缝合层板面内剪切强度分析方法,采用桥联模型和最大应力判据分析损伤扩展并获得面内剪切强度,预报结果与试验吻合较好,探讨了缝合参数对层合板面内剪切强度的影响规律,结果表明缝合削弱了层合板的面内剪切强度,缝合针距和行距越大对面内剪切强度越有利,较细的缝合线对面内剪切强度有利.