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．     

直升机旋翼复合材料结构损伤容限设计中的问题

对直升机旋翼复合材料结构的特点、旋翼结构损伤容限设计特点和要求进行了介绍;根据国内旋翼结构设计的工作经验,总结了旋翼复合材料结构损伤容限设计的主要研究内容;给出了旋翼损伤确定方法、损伤与旋翼动态特性之间的耦合分析、各类损伤量临界值的确定方法等关键技术。结果表明:深入开展直升机旋翼复合材料结构损伤容限分析与设计技术的研究,对提高直升机旋翼的使用寿命、直升机的飞行品质和飞行安全具有极其重要的意义。     

一种用于软材料测试的改进SHPB装置

本文提出了一种新的、用于测试橡胶、高弹体及高聚物软泡沫材料动态力学性能的SHPB改进装置。该装置取消了常见的入射杆而采用长杆弹直接撞击试件从而实现了持续的长时间加载，使得在相当大的应变率范围内试件的最大应变在一个加载过程中即可达到。配合该装置采用了瞬态响应优良、分辨率良好的光电式位移测试系统来测量试件的变形；为记录微弱的应变信号，在透射杆中使用了半导体应变片。本方案克服了传统SHPB在测试软材料时由于子弹长度限制带来的加载幅度不足及由于阻抗失配导致的应变信号微弱的困难；与采用高聚物杆的SHPB改进方案相比，本方案的测试结果也更为可靠。在试验装置中还运用了加载整形技术以改善试件中的应力均匀性。从测试结果看，该装置能有效地实现大变形范围、近似恒应变率持续加载以及相应的微弱应变信号的测量。     

一种大变形曲壳单元

本文用壳中面节点的位移矢量和节点处壳中面单位法线矢量的矢端位移矢量构造了一种大变形曲壳单元,它是大变形曲壳单元的一般形式,能包括已有的大变形曲壳单元,且公式最简单,计算中采用的载荷增量或位移增量可以很大。     

一种复合材料的大挠度曲梁单元

本文研究了加劲壳的非线性有限元分析方法,提出了一种梁元素来模拟加筋。该元素具有曲轴线,任意形状的薄壁剖面和任意铺层方式,与三维退化曲壳元素完全协调,相对于壳中面可以有偏心,所分析的结构可以是层合复合材料加劲壳或各向同性材料单层加劲壳。     

柔性梁大变形计算的一种新方法

研究了柔性梁大变形问题。常规Lagrangian有限元格式在处理大变形问题时,由于其单元插值函数不满足位移场的协调性要求,从而需要划分较多的单元,才能得到较好的结果。本文首先推导了Lagrangian坐标描述下的位移场变量满足的协调关系式,利用此关系式给出了位移场协调的非线性单元插值函数。基于虚功原理导出了梁大变形问题的非线性控制方程,数值计算结果证明了本文方法的正确性和有效性。     

橡胶复合材料结构大变形有限元分析

建立了一个橡胶复合材料结构有限元分析模型。在该模型中 ,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非均匀性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性。此外 ,本文还利用该模型研制的有限元分析软件对全钢丝子午胎的变形轮廓进行了详细的分析。     

平面应变不可压缩橡胶圆柱的大变形

针对一类新的橡胶材料应变能函数，推导了受内压作用下不可压缩橡胶圆柱的大变形公式，给出了位移、应力的解析表达式（用积分形式表示）。建立了适用于分析非线性不可压缩橡胶材料的罚有限元列式，算例表明：位移与应力能很好地与理论解吻合，并提出了控制计算稳定的方法，特别是详细地讨论罚因子的选取及对计算结果的影响。     

具有非线性homologous变形约束的桁架结构形态分析

研究了具有非线性homologous变形约束条件的桁架结构形态分析问题。在已有的线性homologous变形约束桁架形态分析的基础上,将结构的节点分成三类:homologous变形约束节点,形状可变节点和边界点。运用Moore-Penrose广义逆矩阵性质,将基础方程组解的存在条件表示为包含形状可变节点未知坐标的非线性方程组,为采用Newton-Raphson方法求解非线性方程组,对AA (A为任意矩阵,A 为A的Moore-Penrose广义逆矩阵)求偏导数,找到了满足保型要求的形态,给出的桁架算例说明了本文方法的有效性。     

基于一种简化Green应变的薄壳大挠度方程

将正交曲线坐标下的格林应变张量引入到薄壳大变形分析,通过建立恰当的基本假设,直接导出了用格林应变张量表示的壳体变形几何方程,将该方程代入到本构方程,由能量原理得到了小应变非线性变形平衡方程、内力方程和边界条件,在此基础上提出了大应变变形的简化分析方法.文中导得的方程涵盖薄板壳大、小变形的全部方程,推导过程简捷、系统,所得结果规则、清晰,与此前有关分析方法的结果完全吻合.     

粗纤维压电复合材料(MFC)对旋翼桨叶模型扭转控制的实验及数值研究

对直升机旋翼桨叶进行主动扭转控制是直升机减振主动控制技术中的有效方法之一.本文采用粗纤维压电复合材料(MFC)对旋翼模型进行了扭转控制的实验研究,并建立该结构的有限元模型,将数值结果与实验结果进行了对比分析.实验中,我们采用预扭的悬臂梁模拟旋翼桨叶,在其上表面贴有MFC压电片进行作动.测量得到了不同作动电压下结构的扭转变形,与数值结果进行对比,两者具有很好的一致性.实验及数值结果表明,随着作动电压的增大,结构的扭转角呈线性增加;MFC材料各向异性系数增大,梁的扭转角亦相应增加,采用MFC材料对旋翼进行扭转控制是行之有效的.     

结构的塑性大变形和冲击结构力学

由近海工程、核能工程和交通工程中提出了许多结构塑性大变形和结构在冲击作用下的动力响应的问题.本文给出了一些典型例子及其力学模型.描述了能量吸收装置、复合材料结构元件、多孔材料及其他非金属材料研究的重要性.也提到了相关的理论课题.     

非线性大变形问题边界元分析的自校正方法

针对用增量法求解非线性方程解的漂移问题，在非线性问题边界元法计算中建立了自我校正方法，对在拖带坐标上建立的增量形式的基本方程，引入Ｌａｎｇｒａｎｇｅ校正因子，以全量形式的基本方程作为其辅助方程，在此基础上导出含校正项的边界积分方程，边界元自我校正方法的建立有效地保证了在非线性问题的计算中最终收敛在其解附近，提高了计算精度和运算效率。     

一种新的大变形试验方法——杜仲胶形状记忆网格法

本文介绍了一种适于大变形量测的新型材料及试验方法,克服了传统方法中的近似性和繁杂性.实践证明,该方法简单方便,结果准确可靠,可用于力学分析及结构优化试验.     

一种求解粘弹性大变形问题的时域分段展开算法

摘要： 利用展开技术,提出一种求解粘弹性大变形问题的时域分段自适应算法,建立了显式递推格式的Update-Lagrange有限元求解模式,只需在初始时刻迭代求解一个瞬时弹性大变形问题,其它时段均不需迭代计算,并可通过展开阶数对计算精度的控制,实现时域的自适应计算,数值算例表明所提算法可行有效。     

非连续变形分析方法的改进及应用

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

STACER伸展变形的一种计算方法

STACER是一种航天器上广泛应用的伸展机构,其储能部件由薄壁钢带经冷加工涡卷最终成型为螺旋管状.由于伸展长度可达装载高度的几十倍,钢带在展开过程中呈现为大挠度、大应变形变,机构伸展力的计算必然涉及强非线性问题;同时,钢带的构型、边界条件在伸展过程中不断变化,这些因素又增加了问题的难度,致使常用的商业软件已无法直接处理此类问题.此研究工作应用变分方法的思想,以研究钢带变形的几何特性为基础,构造出钢带构型恰当的可能函数空间,并利用形状函数随伸展长度的变化规律求出钢带的主应变以及变形能,再利用势能极小原理,确定出钢带的真实构型以及相应的变形能,最终利用变形能和虚功原理得出伸展力.这一方法既可以简化计算又可以得到钢带形状函数、伸展力的近似解析式,为伸展力影响因素的定量分析提供了条件.     

一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程,高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。基于浸没边界思想,本文提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法,可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法,本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案,并基于大规模并行编程框架,研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。与泰勒平板理论解和水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明,本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题,具备较高数值求解精度。在此基础上,完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估,应用前景广阔。     

非线性弹性大变形材料梁的抗爆特性

从理论上探讨了非线性弹性大变形材料应用于抗爆结构的可行性,为此,基于等效结构体系的分析原理,将两端固定铰支梁的横向和纵向位移表示为三角级数形式,应用第二类Lagrange方程建立了非线性大变形材料梁的非线性分析方法,并且用ABAQUS有限元软件中的超弹性材料模型验证了所提出的方法的有效性。对典型的爆炸荷载作用下非线性弹性大变形材料梁的抗爆特性进行了分析,讨论了动力放大系数和材料性质及动荷载之间的关系。结果表明:与线弹性小变形材料相比,非线性弹性大变形材料具有优良的抗爆特性,结构的抗爆能力随结构变形的增大而显著提高。