EXACT SOLUTIONS FOR FREE IN-PLANE VIBRATIONS OF RECTANGULAR PLATES

All possible exact solutions are successfully obtained in terms of 10 sets of distinct eigensolutions for the free in-plane vibration of isotropic rectangular plates. The plates have simply supported condition at two opposite edges and any combination of classical boundary conditions at the other two edges. The exact solutions are validated through both mathematical proof and comparisons with the solutions of differential quadrature method. Some unusual phenomena are revealed in free in-plane vibrations of rectangular plates due to one of the eigenvalues being zero. This work constitutes an improved version of very recent corresponding work by the same authors [Int. J. Mech. Sci., 2009, 51: 246-255]. Both the solution forms and solving procedures in the previous work are substantially simplified. Some new results are also given, which are useful for validation purpose in future.     

EXACT SOLUTIONS FOR FREE VIBRATIONS OF TRANSVERSELY ISOTROPIC CIRCULAR PLATES

By virtue of the general solution of dynamic elasticity equations for transverse isotropy as well as the variable separation method, three-dimensional exact solutions of circular plates are obtained under two types of boundary conditions. The solutions can consider both axisymmetric and non-axisymmetric cases. Solutions based on the classical plate theory and Mindlin plate theory are also presented under the corresponding boundary conditions. Numerical results are finally presented and comparisons between the three theories are made. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19872060).     

CHARACTERISTIC EQUATIONS AND CLOSED-FORM SOLUTIONS FOR FREE VIBRATIONS OF RECTANGULAR MINDLIN PLATES

The direct separation of variables is used to obtain the closed-form solutions for the free vibrations of rectangular Mindlin plates. Three different characteristic equations are derived by using three different methods. It is found that the deflection can be expressed by means of the four characteristic roots and the two rotations should be expressed by all the six characteristic roots,which is the particularity of Mindlin plate theory. And the closed-form solutions,which satisfy two of the three governing equations and all boundary conditions and are accurate for rectangular plates with moderate thickness,are derived for any combinations of simply supported and clamped edges. The free edges can also be dealt with if the other pair of opposite edges is simply supported. The present results agree well with results published previously by other methods for different aspect ratios and relative thickness.     

功能梯度材料剪切板屈曲后的自由振动

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kámán型方程,对热环境中功能梯度材料剪切板屈曲后的自由振动进行了分析,分析中同时考虑材料热物参数对温度变化的依赖性及热传导.数值算例给出均匀和非均匀温度场中功能梯度材料剪切板在轴向压缩荷载作用下的振动特性,并讨论了材料组分指数、温度场等参数变化所带来的影响.     

曲线加筋Kirchhoff-Mindlin板自由振动分析

相比传统加筋板,曲线加筋板能够更充分地发挥材料力学性能.在加筋板力学分析中,厚板通常采用Reissner-Mindlin理论,然而当板厚较薄时易出现剪切自锁,离散的Kirchhoff-Mindlin理论采用假设剪切应变场可避免该问题.针对曲线加筋Kirchhoff-Mindlin板自由振动分析,采用离散的Kirchhoff-Mindlin三角形单元和Timoshenko曲梁单元分别模拟板和加强筋,根据板的位移插值函数及筋板交界面的位移协调条件,建立基于板单元位移自由度的有限元方程.为了验证方法的有效性和准确性,采用直线加筋薄板、曲线加筋薄板和厚板3种模型进行算例研究,通过收敛性和精度分析来选择合理的有限元网格密度.直线加筋薄板前20阶固有频率均与文献结果吻合良好;曲线加筋板算例中,本文方法满足收敛条件的板单元数目为2469,Nastran模型板单元数目为6243;本文所得曲线加筋板固有频率与Nastran计算结果最大误差为3.4%.研究结果表明,本文方法无需筋板单元共节点,可使用较少的有限元网格数量,并能够保证计算精度;在离散Kirchhoff-Mindlin三角形板单元基础上构造Timoshenko梁单元可同时适用于曲线加筋薄板与厚板自由振动分析.     

复合材料旋转壳自由振动分析的新方法

提出了一种半解析区域分解法来分析任意边界条件的复合材料层合旋转壳自由振动. 沿壳体旋转轴线将壳体分解为一些自由的层合壳段, 视位移边界界面为一种特殊的分区界面;采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将壳体所有分区界面上的位移协调方程引入到壳体的能量泛函中, 使层合壳的振动分析问题归结为无约束泛函变分问题. 层合壳段位移变量采用Fourier 级数和Chebyshev 多项式展开. 以不同边界条件的层合圆柱壳、圆锥壳及球壳为例, 采用区域分解法分析了其自由振动, 并将计算结果与其他文献值进行了对比. 算例表明, 该方法具有高效率、高精度和收敛性好等优点.     

复合材料非对称层板的横向变形特性分析

利用能量变分原理和非线性几何方程建立了具有弹性约束的复合材料层板在面内载荷作用下的非线性稳定性控制方程组．通过运用广义傅立叶级数法对控制方程组进行求解，得到了相应的载荷 中心挠度曲线，并重点分析了非对称层板在面内载荷作用下的变形特性．     

中面单向受拉（压）的阶梯式矩形薄板的振动

用奇异函数建立ｘ＝０与ｘ＝ａ两对边简支并受面内均布拉（压）力作用、加两边为任意支承、非单一材质的ｎ级阶梯式矩形薄板自由振动和强迫振动的微分方程并求得其通解,用Ｗ算子给出振型了函数的表达式及常见支承条件下板的方程。文中给出的固有频率表达式表明,面内均布拉（压）力对固有的数值有影响。此处导出的各种情况下的影响函数,对于求解相应民政部下的阶梯式矩形薄板的静力弯曲和稳定性问题,也是适用的。     

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主要基于三维弹性力学和状态空间法给出了四边简支各向同性矩形层合板自由振动和 强迫振动问题的精确解. 首先基于三维弹性力学建立了层合板的基本方程,利用状态空间法 解决了层合板的自由振动问题,然后根据Lagrange动力学方程求解了层合板受到横向冲击时 的强迫振动响应.     

LARGE AMPLITUDE VIBRATION OF CIRCULAR SANDWICH PLATE

ＬＡＲＧＥＡＭＰＬＩＴＵＤＥＶＩＢＲＡＴＩＯＮＯＦＣＩＲＣＵＬＡＲＳＡＮＤＷＩＣＨＰＬＡＴＥＳＤｕＧｕｏ－ｊｕｎ（杜国君）（ＮｏｒｉｈｅａｓｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ,Ｑｉｑｉｈａｒ）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＪａｎ．２,１９９２,...     

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.     

THE MIXED STATE HAMILTONIAN DYNAMIC ELEMENT AND A SEMI-ANALYTICAL SOLUTION FOR THE ANALYSIS OF THICK LAMINATED COMPOSITE PLATES

Through introducing the Laplace transformation in the time direction,the mixed state Hamilton canonical equation and a semi-analytical solution arepresented for analyzing the dynamic response of laminated composite plates.Thismethod accounts for the separation of variables,the finite element discretization can beemployed in the plane of laminar,and the exact solution in the thickness direction isderived by the state space control method.To apply the transfer matrix method,therelational expression at the top and bottom surface is established.So the generalsolution in transformation space is deduced by the spot method.By the application ofinversion of Laplace transformation,the transient displacements and stresses can bederived.     

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。     

Mindlin板动力学问题的Hamilton体系及其辛解法

本文通过对混合能变分原理的修正，建立了Ｍｉｎｄｌｉｎ板动力学问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程，并采用共轭辛正交归一关系给出固有频率分析的精确解。     

浸没的球面各向同性球壳的自由振动

本文引入三个们移函数并用球面调和函数展开，可将球面各向同性弹性力学的基本方程转化成一个独立的二阶常微分方程和另一个耦合的二阶常微分方程组，采用液动压力表示流体与壳的相互作用，可以把无限大不可压缩流体中任意厚度球面各向同性球壳的自由振动频率计算归结为一个代数循征值问题，文中计算了若干种情况下球壳的频率，在各向同性情形与有关文献作了比较。     

复合材料层合加肋板中的瞬态波传播

研究复合材料加肋层合板结构受冲击载荷作用下的瞬态波传播.加肋层合板模型被处理成层合板的弯曲运动与层合梁的扭转与弯曲运动的耦合连续模型.通过Laplace变换,并采用回传射线矩阵法(MRRM),基于一阶剪切变形层合板理论,确定复合材料加肋层合板结构中传播的各条射线群.采用FFT变换,计算各种冲击载荷作用下加肋层合板结构的短时瞬态响应,并分析讨论脉冲类型对加肋层合板结构短时瞬态响应的影响.     

非对称铺层复合材料层合板质量优化设计

复合材料广泛应用于航空航天等领域,追求轻量化设计已经成为研究重点.对复合材料层合板质量优化设计,可以减少层合板的纤维用量,减小层合板的质量,降低成本.首先研究复合材料层合板在承受轴向载荷时,产生的形变量、应力示意图,分析容易发生失效部位;以层合板铺层厚度为设计变量,最大应变、铺层比例等为约束条件,最小化层合板质量为优化...     

复合材料层合扁球壳的非线性强迫振动

研究了考虑横向剪切的对称层合圆柱正交异性扁球壳的非线性强迫振动问题，得到了共振周期解和非共振周期解．最后，还分析了横向剪切对幅频特性曲线的影响     

考虑剪切变形的复合材料多层板壳加权残数解

本文在文献[1]的基础上,将加权残数法用于复合材料多层板壳分析,并推导出相应的关系式。文中给出了算例,并与解析解进行了比较,结果表明,本文方法精度较高,用于复合材料多层板壳分析是有效的。     

复合材料加筋板连接剪切性能试验模拟

建立了带泡沫加筋的复合材料层合板连接件及试验夹具模型,用MSC.Nastran进行非线性有限元分析,模拟加筋层合板剪切性能试验,分析试验件过渡段和夹具刚度参数对剪切试验结果的影响,结果表明,考核区的应力随着夹具刚度及过渡段铺层的增加而减小,当夹具钢片厚度增大到15mm,过渡段铺层增加到考核区铺层的7倍时,考核区应力值较为稳定,可以作为工程试验夹具及过渡段设计的参考.