Hamilton体系下含弱粘接复合材料层合板的灵敏度分析研究

基于径向基点插值函数(RPIM),在Hamilton体系下研究了含弱粘接复合材料层合板的灵敏度分析问题.利用弹簧层模型和修正H-R(Hellinger-Reissner)变分原理,推导了可用于含弱粘接复合材料层合板响应和灵敏度分析的混合控制方程,给出了基于该混合控制方程进行灵敏度分析的解析法(AM)、半解析法(SA)和有限差分法(FD).该混合控制方程的主要优点是可以在进行灵敏度分析过程中避免卷积运算.另外,利用该混合控制方程进行灵敏度分析不仅能够同时得到响应结果和灵敏度系数,而且还考虑了层合板的层间弱粘接问题.     

Hamilton等参元与智能叠层板的半解析法

根据压电材料修正后的Hellinger-Reissner(H-R)变分原理,建立了各向异性压电材料4节点Hamilton等参元的一般形式.为智能叠层板自由振动问题和带有压电块的叠层悬臂梁的瞬态响应等问题提出了一种新的半解析法.数学模型的基本步骤:将压电层和主体层看成独立的三维体,在平面内离散各层,分别建立各层的方程;根据主体层和压电层在连接界面上广义应力和广义位移的连续条件,联立主体层和压电层的方程得到全结构的控制方程.等参元不限制智能板侧面的几何边界形状、板的厚度和层数,有广泛的应用领域.     

考虑阻尼的状态向量方程和层合板的振动分析

基于考虑弹性体粘滞阻尼的修正后的Hellinger-Reissner(H-R)变分原理,推导了相应的状态向量方程.结合精细积分法和Muller法为四边简支矩形层合板的简谐振动分析提出了新的方法.依据线性阻尼振动理论,简要地给出了复合材料层合板欠阻尼、临界阻尼和过阻尼3种自由运动的通解公式.通过数值实例研究了粘滞阻尼对复合材料层合板振动的影响.丰富了状态向量方程的理论体系和应用领域.     

状态向量的扩展有限元方法研究

利用哈密顿正则方程的半解析法计算单元位移场和应力场,可以得到精度比较高的解.但此半解析法在计算应力尖峰区域时,该区域要细化网格.当裂纹扩展时,又要重新生成刚度矩阵进行求解,导致求解效率降低.利用扩展有限元处理裂纹的不连续性,当裂纹扩展时可以避免网格的重构.为充分利用状态向量方程和扩展有限元的优势,该文将两者结合起来分析材料的断裂问题:计算应力强度因子和模拟裂纹扩展.最后通过算例分析,验证了该文提出方案的可行性.     

智能板结构振动特性的半解析法

为智能板结构振动特性的分析提出了一种半解析法.根据压电材料修正后的Hellinger-Re issner变分原理,推导了压电材料的Ham ilton ian等参元.智能板结构的基体板和压电块(压电传感器或驱动器)被看作独立的三维体,并用Ham ilton ian等参元分别离散板和压电块.考虑到板和压电块在连接界面上广义应力和广义位移的连续性,联立板和压电块的方程得到整个结构的方程组.数值实例的分析结果证明了方法的可靠性.     

磁电弹性体修正后的H-R混合变分原理和状态向量方程

以三维弹性体的Hellinger_Reissner(H_R)混合变分原理为基础,建立了三维磁电弹性体修正后的H_R混合变分原理,通过变分运算得到了磁电弹性板的状态向量方程,并应用该原理导出了平面内离散元素的状态向量方程,为半解析法在磁电弹性板问题上的应用奠定了理论基础·　最后指出:纯弹性体、单一压电体或单一压磁体修正后的H_R混合变分原理都是目前原理的特例·     

弹性体的正则方程和加筋板的固有频率分析

应用弹性力学的Hamilton正则方程理论和其半解析法，为整体加筋板的固有频率分析提出了一种新颖的数学模型. 采用同一种平面元素离散板和加强筋，并分别建立板和加强筋的线性方程组. 考虑到板和加强筋连接界面上应力和位移的连续性，联立板和加强筋的方程得到全结构的方程组和求解固有频率的特征方程. 主要优越性表现为：结构的旋转惯性、剪切变形等都得到了考虑，且不限制结构的板厚度和加强筋的高度. 多个数值实例的收敛分析和结果证明了方法是可靠的. 该方法很容易被修改用来分析加筋壳、加筋压电材料层合板或带有压电材料传感器和驱动器块的板壳问题.     

基于B-样条小波的复合材料层合板灵敏度分析

基于BSWI样条小波有限元方法,将响应和响应的灵敏度系数同时看作状态变量,在Hamilton体系下推导了复合材料层合板响应和响应灵敏度系数的混合控制方程。基于该混合控制方程研究了对称铺层四边固支复合材料层合板的位移响应灵敏度系数在z方向上的分布情况,并将计算结果与有限差分法进行比较。结果表明:材料参数E₁,E₂和G₁₂对位移响应影响明显,其中以E₁对位移响应的影响最大,E₂次之。与经验法相比,半解析法计算结果相对误差小于10^-4,这说明本文的计算方法是正确的,且降低了计算成本和程序实现难度,提高了计算精度。     

改进的非协调广义混合单元及性能分析

非协调广义混合单元最突出的特点是避免了传统混合单元中系数矩阵主对角线上存在零元素的问题，因此位移和应力结果的收敛是稳定的.以最小势能原理和H R变分原理为基础，联合增强假设应变理论建立了新的8结点非协调广义混合单元.一方面，该单元保持了已有非协调广义混合单元的全部优点；另一方面，该单元简化了积分计算.数值实例表明，改进的非协调广义混合单元的数值结果精度高，计算速度快并且对单元的几何扭曲敏感度低.     

对偶变量块体混合元及其位移元的收敛性和精度分析

弹性力学Hamilton正则方程和Hamilton混合元的等效刚度系数矩阵，均具有直观的辛特性.基于H R变分原理和弹性力学保辛理论建立的对偶变量块体混合元，其等效刚度系数矩阵同样具有直观的辛特性.根据对偶变量块体混合元列式，可直接建立问题的控制方程，进行混合法求解.同时，通过对偶变量块体混合元列式可以导出对偶变量块体位移元列式，建立问题的控制方程后，可先求位移的解.数值实例表明:线性8结点对偶变量块体位移减缩积分元的各力学量的收敛速度均衡、收敛过程稳定、结果精度高，其应力变量的收敛速度与传统的20结点位移协调减缩积分元接近.对偶变量块体位移元具有普适性.