复合材料层合板壳的非线性热动态响应分析

本文基于高阶剪切变形理论，考虑同天应变和横向剪切应变的影响，对受热复合材料层合板壳的非线性热动态响应进行分析，计及了转动惯量的影响，给出了通用性较好的Ｃ＾０类有限元公式，文中数值算同现有文献和三维有限元计算结果进行了比较，证明了本文方法的精确、有效性，文中还就层合板的边界条件、纵厚比及铺设角度对非线性热动态响应的影响进行了分析。     

用高阶位移模式分析复合材料层合板的自由振动

建立一种新的高阶位移模式：分层假设复合材料层合板的位移场，利用各层间应力及位移的连续性条件，导出了作为整体的层合板控制微分方程。最后，采用这一高阶剪切理论来分析复合材料矩形层合板的自由振动。数值计算采用有限差分法，并编制了计算程序，计算得出了六种不同边界条件、不同铺层、不同宽厚比工况下的矩形层合板的自振频率。同经典理论解进行比较，可以看出本文方法简便易行，且精度较高，可以在微机上实用。     

复合材料层合板壳非线性力学的研究进展

复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、分层裂纹偏转、多分层以及分层传播等多种模式.各国学者基于不同的考虑,提出了多种方法研究复合材料层合板壳的失效.首先,在简要介绍了层合板壳线性力学基本理论的基础上,重点回顾了层合板壳结构非线性力学几种基本理论发展的过程,主要阐述了经典大挠度非线性理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、锯齿理论、广义分层理论的理论体系及基本公式,并对几种理论之间的联系和差异进行了总结;其次,介绍了当前层合结构非线性领域的研究进展,综述了典型复合材料板壳结构的失效机理及优化设计、复合材料板壳结构在复杂环境下的破坏机理、复合材料板壳结构的物理非线性、含脱层纤维增强复合材料板壳结构的破坏机理等各研究热点的最新研究成果;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望.     

新型整体-局部高阶剪切变形理论及层合板精化三角形单元

基于整体-局部位移方法,建立了一种高阶剪切变形理论。整体位移部分采用的是Reddy理论的位移模式（1984）,局部位移为LIXY等（1997）建立的1,2-3理论的局部函数。这一理论使满足自由表面条件的Red@理论进一步满足层间位移、应力连续,同时有效减少了1,2—3理论的未知数个数。基于此理论深入开展了有限元法研究,建立了满足C^1连续条件的精化三节点三角形单元（每个节点参数为9个）。计算结果表明：建立的精化单元能准确计算整体位移和层间应力。     

复合材料大层数层合板热变形热应力有限元分析

研究复合材料大层数层合板结构承受热载荷或同时存在机械载荷作用下，由于层合板各单层间存在着剪切耦合和泊松比的不协调等因素引起的热应力、热变形和自由边缘效应，采用三维八节点等参有限单元法，其特点是在划分三维单元时，每一个单元内可包含多个具有不同铺设角、不同组分材料的铺层。该文导出了相应的三维有限元分析各表达式，进行了实例数值计算，得到了反映大层数层合板热变形、热应力特性的一些有价值的结果。     

含压电片层合板的静变形控制

借助阶梯函数，建立了含有任意分布的用作执行器的的压电片的层合板弯曲方程，然后利用该方程，进行了层合板静变形控制的研究，最后给实例，用“遗传＋配点”法对压电片的位置和尺寸进行了优化。结果表明，用压电片作执行器，用“遗传＋配点”法进行优化是对板进行静力变形控制的一条有效途径。     

含界面脱粘压电复合材料层合板的非线性动力稳定性分析

基于Reddy提出的板高阶剪切变形简化理论,研究了含界面脱粘损伤压电复合材料层合板非线性动力稳定性问题.首先,建立了分层模型,推导了考虑几何非线性、阻尼效应、纵向惯性力和力-电耦合效应的Mathieu方程,并且给出了该方程解的解析表达式.其次,通过典型算例讨论了界面脱粘损伤以及反馈控制力对该层合板动力不稳定区域、纵向、横向共振频率和最大"牵引"深度的影响.由典型算例讨论可知:随着层合板界面脱粘损伤的扩大,其动力稳定性能逐渐减弱,其中在损伤较小时,反馈控制力对智能结构几乎没有影响;而在损伤比较大的情况下,反馈控制力将能有效地减少动力不稳定区域重合面积.     

复合材料层合板静压痕接触的等效弹性模量

在复合材料层合板静压痕接触问题中,由于层合板接触区域的纤维走向发生了变化,导致沿厚度方向的弹性模量产生变化并随着凹坑深度的增加而增大。本文建立压头压入后的力学分析模型,得到了与凹坑深度相关的沿厚度方向的等效弹性模量;将等效弹性模量代入目前被广泛接受的修正Hertz接触理论,建立了新的接触力与凹坑深度的关系式。通过与静压痕试验中接触力和凹坑深度的关系进行比较,结果表明该接触关系式能较好地描述接触力和凹坑深度的关系。与文献修正理论相比,在压痕较小时,本文的修正结果较好。     

复合材料层合板的混沌现象

本文通过计算机仿真，观察和研究了铲支艰称正交铺设层合板的周期运动、混沌运动以及它们各自的吸引子，其系统动力响应的形式，用时间历程图、相位状态图和Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射图来表示。结果表明，在受迫振动的对称正交铺设层合存在着混沌运动。     

高阶剪切变形理论下三边夹紧一边铰支复合材料层板的几何非线性分析

首先用虚位移原理推导出以位移形式表达的Reddy型高阶剪变形理论复合材料层板的非线性控制方程及相应的边界条件。选定的五个位移函数均满足三边夹紧一边铰支边界条件，用Galerkin方法把无量纲化之后的控制方程转化为一组非线性代数方程组，用线性化的方法和可调节参数的修正迭代法求解这组方程。最后求出了不同复合材料的挠度和弯矩值。     

带压电层的混合层合板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kármán型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支带压电层的混合层合剪切板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了热/机/电荷载共同作用,并讨论了温度变化、控制电压、铺层方式对固有频率及动力响应的影响。     

一种诊断复合材料层合板损伤的频响方法

本文首先选取对故障比较敏感,又能反映结构动力学特性的频响函数作为诊断故障的参数。通过计算无损板在给定模态下各单元的模态能量,求得每个单元对该阶模态下全板能量的贡献,并由模态实验得到损伤前后频响函数在各阶共振峰处的变化。分析发现两者之间存在内在联系,从而得到一种分析小损伤位置和范围的新方法。     

压电层合圆板传感器的非线性静力耦合分析

本文基于von Karman薄板非线性理论，压电基本方程和经典层合板理论，对上，下表面粘有压电传感膜层的圆薄板压力传感器的力-电耦合特性进行了定理分析。首先，针对压电层合圆板传感器件建立了考虑几何非线性变形的力-意耦合模型。给出了压电薄膜层感应电量的计算公式；然后，采用级数解法进行了求解，得到了非线性静力耦合问题的幂级数精确解，给出了传感器静态测量过程中所关心的压力-电量特征曲线和中心挠度，电量特征曲线；同时，定量讨论了压电二次效应对感应电量和层合结构中心挠度的影响。通过所得结果，在压电式压力传感器设计中，为采用电信号直接输出有关结构的变形和外界载荷等待测参量提供了依据。     

ANALYSIS OF NONLINEAR DYNAMIC RESPONSE FOR VISCOELASTIC COMPOSITE PLATE WITH TRANSVERSE MATRIX CRACKS

I. INTRODUCTION The composite material and the composite structure are liable to generate damage during manufactureand under load, which will lead to a decrease of the material and structure’s mechanical properties.It is accepted that there exist four…     

A Combined Static/Dynamic Technique for Damage Detection of Laminated Composite Plates

There is a growing demand to develop viable techniques for effective damage detection of composite structures, and the dynamics-based approach has been broadly used in structural health monitoring. A new combined static/dynamic technique for improved damage detection of laminated composite plates is presented. The promise of the technique is that under the sustaining static load, the abnormality of dynamic response due to damage may become more pronounced and easy to be detected. The experimental program consists of testing an E-glass/epoxy composite plate with an embedded delamination under a pre-set static compressive force, and the dynamic response of laminated composite plates is measured using two different actuator–sensor systems: (1) PZT (lead–zirconate–titanate) actuators and scanning laser vibrometer (SLV) sensing system (PZT–SLV), and (2) PZT actuators and Polyvinylidenefluoride (PVDF) sensors (PZT–PVDF). The influence of sustaining static forces to dynamic response of delaminated composite plates is evaluated. The numerical finite element (FE) analysis is also conducted to verify the effectiveness of this technique. The experimental and numerical mode shapes are used to detect the presence, location, and size of the delamination and to study the effect of static load on dynamic response. Two relatively new damage detection algorithms (i.e., Simplified Gapped Smoothing Method (GSM) and Generalized Fractal Dimension (GFD)) are employed to analyze the Uniform Load Surface (ULS) calculated from the experimental and numerical data. From the dynamic response and analysis results using the damage detection algorithms, it is observed that as the sustaining static load increases, the delamination is much easier to be identified through the enlarged damage parameters. The present combined static/dynamic technique is capable of magnifying the effect of damage, thus improving the effectiveness of damage detection.     

强厚度叠层板的一种高阶单元

提出一种新的八节点平板元用于分析复合材料叠层厚板的静力问题,板的位移场在板面内采用抛物线型插值,而在板厚方向采用Maclaurin级数展开,使得厚度方向的插值为任意阶多项式,相当于厚板中的高阶理论,取不同的级数项数,可得到不同精度的解。该单元满足C^0连续条件,不需增加新的网络,也不需增加新的输入数据,只要增加多项式级数的项数,便可得到较高精度的解。文中研究了算法的收敛性及计算精度,并与已有结果作了比较。     

变角度纤维复合材料环扇形层合板的自由振动分析

与传统的直线纤维增强复合材料相比,变角度纤维复合材料具有更强的可设计性,为改善结构性能提供了更大的可能．鉴于此,本文将研究纤维的变角度铺设对复合材料环扇形层合板的自振频率及振动模态的影响．假设纤维的方向角沿环扇形板的径向线性变化,基于经典的层合板理论,采用微分求积法获得了环扇形层合板自由振动问题的数值解．通过与现有文献及ABAQUS有限元结果的比较验证了本文模型及方法的正确性和收敛性,并详细分析了纤维起始角和终止角的变化对层合板的自振频率及振动模态的影响．研究结果表明：与常刚度层合板相比,变角度纤维复合材料层合板的基频具有更大的调整空间,通过合理选择纤维起始角和终止角可有效提高层合板的基频．研究结果可为该种新型复合材料结构的优化设计提供一定的参考．     

双参数地基上环板的非线性动力响应

研究双参数地基上环板的大挠度动力响应问题，给出了求解该问题的一种有效方法，即在空间域上运用摄动微分求积法处理非线性边值问题，在时间域上则以三点递推格式的Ｎｅｗｍａｒｋ－β法计算其动力响应。文中同时讨论了不同形式地基对环板在均布阶跃载荷作用下动力响应的影响。