复合材料层合板的数值分析与实验

本文用云纹干涉法和逐层分析有限元法研究了Gr/PEEK[0/45－45/90]2S复合材抖层合板的变化特征,在层与层交接处,特别是0°与45°和一45°与90°层交接处,位移存在较明显的变化,说明这两种层接处有比较大的层间应力,是脱层的易发处.计算与实验结果都证实了这种变形特征．     

复合材料层板分层伴以横向裂纹扩展的三维有限元分析

本文采用三维有限元模型,对典型铺设的[0_2/±45_2/90_2]_s碳/环氧复合材料层板中分层伴以横向裂纹的产生和扩展导致的层间应力分布进行了分析。计算结果表明层间裂纹首先在90°层中部出现并开裂至相邻界面处而产生横向裂纹,横向裂纹的出现引起局部分层按三角形状扩展;并指出分层损伤过程是一个主导性的稳定扩展过程,这是导致刚度下降的主要因素。最后,数值计算结果与实验结果比较,两者是吻合的。     

热塑性AS4／PEEK层合板基体损伤的实验研究

本文将长距离显微云纹干涉方法与显微放大技术相结合,在轴向拉伸载荷下,对AS4/PEEK[0/±45/90]2S层合板层间变形、纤维-基体脱粘和基体裂纹进行了从小变形到大变形直至分层损伤的全过程实时、定量的细观变形测量分析.实验表明:AS4/PEEK[0/±45/90]2S层合板亚临界损伤的主要特征,是中间90°/90°层基体中出现具有一定间隔的基体裂纹群.初步探讨了热塑性复合材料AS4/PEEK层合板基体的非弹性变形和损伤过程的一些基本特征.     

开孔热塑性复合材料的三维弹塑性面内应力分析

本文利用一单参数三维塑性模型对AS4/PEEK热塑性复合材料的塑性行为进行表征。利用有限元程序生成系统FEPG,将复合材料的三维单参数塑性模型引入该系统中,编制了相应的有限元程序。通过将本文的有限元计算结果与文献实验结果进行对比,证明了所生成程序的精确性。并对AS4/PEEK热塑性复合材料层合板[0/90]s的面内应力进行了计算与分析。给出了0°层与90°层的面内应力。0°层的最大应力σx大约是90°层相应值的20倍,这主要是由于热塑性复合材料AS4/PEEK的纵向和横向模量存在很大的不同,并且具有明显的弹塑性行为所造成的。     

碳/环氧复合材料加工引起的残余热变形的微观云纹干涉方法研究

本文提出了一种新的微观云纹干涉法来测量碳/环氧复合材料的热变形.文中对该方法的原理和测量技术进行了详细的讨论,用碳/环氧复合材料制作了一个16层[90°2,0°2,+45°2,-45°2]的试样板,测量了由于加工引起的层间残余变形,计算了层间应变分量εx,εy,γxy.实验结果表明这种微观云纹干涉法能分辨出几十到几百微米范围内的云纹条纹.比传统的云纹干涉法具有更高的分辨率.     

复合材料单层的横向拉伸原地强度和0°/90°/O°叠层板张开型裂纹经典解的研究

本文:(1)用傅立叶变换和Copson的对偶积分方程法,求得了0°/90°/0°叠层板90°层内张开型裂纹问题的经典解;(2)应用所得解,对石墨/环氧叠层板中90°层的断裂特性和横向拉伸原地强度进行了定量研究。 结果表明,这类叠层板的应力强度因子不同于90°的单向层,它随0°层的厚度b、模量E_L或G_(LT)的增加而减小,也随90°层的厚度减小而减小,这就导致了叠层效应,并提高了90°层的横向原地强度。这里的理论计算与D.L.Flaggs的试验结果一致。     

边界元法分析薄形层合结构

薄形层合结构由于几何形状的特殊性,其力学分析是数值计算的难点.边界元法分析层合结构具有较大的优势,但对于薄形层合结构,边界源点和对边上的积分单元距离很近,边界积分方程中存在几乎奇异积分,常规的数值积分方法已经失效.文章引入一种半解析化方法,计算薄形层合结构边界元法中的几乎奇异积分,使边界元法能成功分析三维薄形层合结构的层间界面应力和各层内点力学参量.     

层板脱层的能量释放率分析

含脱层的层板在承受压缩载荷作用时,很容易发生局部屈曲,导致脱层扩展和结构失效.本文利用可动边界变分问题对脱层扩展进行了分析,导出了脱层前缘各点处的能量释放率表达式.本文还对浅部椭圆脱层进行计算分析,指出:其能量释放率沿脱层边界有很大变化,脱层的扩展方向取决于脱层的形状、受载方式及铺层方向.     

复合材料薄壁箱形梁的铺层设计和强度分析

用0°纤维铺设的单向复合材料梁弯曲时易发生剪切破坏。本文提出了一种能承受较大弯曲负荷的复合材料箱形梁。其腹板用±45°纡维缠绕,上、下翼板用0°层纤维增强。並在棱条处局部加强。这样,可充分发挥复合材料抗拉、抗压强度高的优点,又不易发生剪切破坏。对±45°缠绕梁进行了实测应力分析,並按文中提出的确定棱条处应力的计算模式进行了数值计算分析。该箱形梁可望用作载重汽车的板簧悬挂系统。     

高超声速运动中第二激波形成的条件

在高超声速的条件下,绕钝头圆锥的气流中存在第二激波。例如,文献[1]的实验结果指出,当来流Mach数为6.1和半锥角为15°时,由于激波层内存在着第二激波,在第二激波和主激波相交的地方,我们可以观察到主激波的坡度有1.5°的偏转。此外,电子计算机的计算也表明,在一定的条件下,激波层内出现不连续的现象,以致无法继续进行计算。由于只根据数值解不能清晰地给出流场内各物理量的内在联系,在相当长的一段时     

热应力作用下层合路面结构层间剥离内力分析

温度变化会造成环氧树脂-混凝土特种路面结构边缘处产生脱层现象.基于层合结构热应力的两变量解析模型,推导了层间剥离力矩和剥离剪力.该方法避免了采用弹性理论求解局部复杂应力状态的困难,为解决层合结构边界脱层问题提供了新途径;由此,研究了环氧树脂层的厚度和弹性模量对层间剥离内力和混凝土层最大拉应力的影响.计算结果表明,通过控制环氧树脂层厚度和弹性模量,可有效降低剥离内力,避免剥离破坏.     

高层建筑程序DASTAB中抗震分析的三维反应谱方法及工程实例

本文从三维动力方程出发,应用反应谱理论推导了空间结构在任意方向地面运动作用下结构变形与内力的计算方法。所得到的算式是十分简单、实用的。这套公式对于空间问题自然地计及了扭转效应,而对于平面模型的处理则与当前规范完全一致。可以说,这是当前抗震规范所规定的反应谱方法在三维结构分析中的自然推广及理论论证。 三维反应谱方法已在高层建筑专用程序DASTAB上实现。动力分析可以采用与静力分析同样复杂、细致的模型。国内许多大设计院用DASTAB程序对多种形式的三维结构模型进行抗震计算(包括水平面内0°,45°,90°方向的地震作用),均对计算结果表示满意。由于应用了多层子结构,多级主从关系等技术,从而大大减少了数据准备及计算工作量。     

改进虚拟边界算法在超声速流动问题求解中的应用

提出了一种改进的虚拟单元浸没边界法, 并与一种高阶格式的有限差分算法相结合, 运用于求解超声速复杂几何绕流问题.该算法的核心思想在于在固体边界的内部和外部分别施加满足边界关系的作用点, 使得几何边界离散更加细化, 起到了壁面附近网格局部加密的作用.采用源空间内流体点作为反距离插值算法的重构点, 有效避免了插值点数目过少而与作用点相重合情况.通过对二维激波反射现象 (马赫数为 2.81) 和三维超声速球体绕流问题 (马赫数为 1.2) 的数值模拟, 与实验结果对比表明, 本文改进算法相对一般的虚拟边界法来说能显著提高数值精度, 减小计算误差.计算结果揭示了球体绕流中剪切层、压缩波系和尾迹的相互作用导致自由剪切层失稳的机理.剪切层厚度和湍流雷诺脉动经历了线性增长、大幅度震荡和小幅度波动三个阶段, 导致剪切层表面褶皱因子变化呈指数规律增长.其湍流结构表现出明显的各向异性, 具体在流向雷诺正应力在湍流脉动中占主导地位, 激波的压缩作用对不同方向雷诺正应力的影响存在空间迟滞效应.      

二维稳态辐射声场的光滑有限元-完美匹配层解法

针对外场声学有限元计算精度偏低的问题, 将光滑有限元技术引入到二维稳态辐射声场预测中, 提出了光滑有限元-完美匹配层解法. 该解法采用完美匹配层截断声场计算域, 并将其离散为等参四边形单元, 采用指数吸收函数实现完美匹配层内参数坐标和笛卡尔坐标的映射关系, 采用光滑声压梯度技术计算辐射声场刚度矩阵, 将形函数梯度的域内积分转换为形函数域边界积分. 某汽车二维声腔辐射声场的数值分析结果表明, 与标准有限元-完美匹配层相比, 光滑有限元-完美匹配层解法在完美匹配层内的声波吸收效果更好, 在计算域内的数值计算精度更高, 具有良好的工程应用前景.      

含脱层层合板的能量释放率各型分量分析

本文是文献［１］的继续。文献［１］利用可动边界变分问题，导出了层合板内部脱层前缘各点处的总能量释放的表达式。在此基础上，本文对文献［１］的分析模型作了进一步的完善，导出了层板理论分析下的能量释放率各型分量的表达式，并对圆形脱层进行了计算分析。     

不同铺层角含孔复合材料板的损伤研究

针对0o、45o、90o铺层角复合材料层合板的含孔结构损伤问题,提出了一种基于层合板各铺层孔边应力解析解的首次损伤载荷系数分析计算模型。根据非均匀各向异性层合板的弹性特性,采用复变函数曲线映射方法获取了层合板孔边界积分方程,计算获得了0o、45o、90o角度铺层层合板各铺层的孔边纤维主方向和垂直于纤维主方向的应力分量;采用Tsai-Hill强度理论,对层合板各铺层进行孔边首次损伤载荷系数计算。分析结果表明:试件左右两端面在受到均布拉伸载荷p的作用下,各铺层中具有90o铺层角的铺层首次损伤载荷系数最小,具有0o铺层角的铺层首次损伤载荷系数最大,说明具有90o铺层角的铺层最先出现损伤,对应铺层首次损伤出现在孔边90o方向区域。将计算值与现有文献结果进行比较,误差小于10%,二者具有较好的一致性。     

层合梁在线性载荷下脱层的有限元分析

运用Hamilton正则方程对层合梁的脱层扩张进行了分析。结合弹性材料修正后的Hellinger-Reissner变分原理和插值函数,构建了八节点层合梁每一层的线性方程;考虑到脱层梁连接界面上应力和位移的连续性,将脱层板离散成上下两层,采用"分离合并"技术建立了脱层情况下梁的控制方程;最后应用Griffth准则,导出了固定载荷情况下梁元脱层前缘的能量释放率。数值算例验证了该模型的正确性,并研究了不同边界、不同脱层深度、不同脱层长度、不同角铺层工况下梁的脱层问题。结果表明:层合梁在脱层过程中,固支边界和简支边界情况区别不大,但在同种边界情况下,脱层的深度越深,脱层能量释放率变化越剧烈;层合梁的不同铺层角度会产生不同的能量释放率,为避免层合梁发生脱层,应尽量使层合梁的铺层角度沿着22 11C/C最大处。     

有限长压电层合简支板自由振动的三维精确解

基于三维弹性理论和压电理论，导出了有限长矩形压电层合简支板的动力学方程及相应的边界条件，给出了一种求解压电层合板自由振动三维精确解的方法；分析了正、逆向压电效应对层合板振动频率的影响．本文所述的方法和结果对于求解其他三维动态问题，验证、比较其他简化模型、有限元计算结果以及工程应用都有指导意义．     

多层弹性体系力学分析中积分常数计算的矩阵分析法

本文根据多层弹性体系在垂直或水平圆形均布荷载作用下的层间连续的接触条件,推导出表示相邻层积分常数间的递推关系矩阵[T],的显式表达式,给出了多层弹性体系力学分析中积分常数计算的矩阵分析方法及其简洁的计算公式。本文所述方法,原理通俗易懂,编程简单方便,计算快速省时,是一种很容易推广应用的有效方法。实例计算表明,本文所述方法是完全正确的。     

二元激波与附面层相互干扰问题的数值计算

本文利用文献[1]中提出的差分格式,数值求解了二元激波与层流附面层的相互干扰问题。这一方法是在一单步差分格式的基础上,考虑系数矩阵的特征走向,利用了最近发展起来的系数矩阵分裂方法。与隐式MacCormack格式相比,在每一时间层上的工作量更为节省。与Beam和Warming等人所建立的差分格式相比,计算过程更为简单。本文利用这一方法计算了Ma_∞=2,Re=296000,无粘激波入射角θ=32.6°时激波与附面层的相互干扰问题。计算结果与实验和MacCormack的计算结果进行了比较。