非线性复合材料的一种杂交应力有限单元方法

建立了非线性复合材料模型的杂交应力有限元方法,并在材料主坐标系下提出直接方法计算单元非线性应力场,然后由此计算单元切线刚度矩阵和剩余载荷并转换到整体坐标系下,利用Newton-Raphson方法进行结构的位移迭代。在Hahn-Tsai非线性复合材料杂交元分析中,由位移和应力方程所导出求解单元非线性应力场的简单迭代法是条件收敛的,对较大载荷当迭代位移增加到一定程度以后无法得到应力收敛解。但是,利用本文提出的直接法由于完全避免了非线性应力场迭代,不仅很好地解决了这一问题,而且极大地提高了计算效率。数值算例说明该方法是确实有效的。     

A STUDY OF THE INFLUENCE OF INTERFACIAL DAMAGE ON STRESS CONCENTRATIONS IN INTRAPLY HYBRID COMPOSITES

In the axial tensile failure process of intraply hybrid composites, the breakage of some fibers may lead to interfacial damage, thus directly influencing the local stress concentrations near the sites of breakage. A modified shear-lag model, in which the interfacial damage is considered, is proposed. Based on the model, the influence of interfacial shear strength on the stress concentrations and the lengths of interfacial damage zone is first studied. The present results also provide an important theoretical basis for investigating the failure mechanism and hybrid effects for such kind of composites. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 199902004) and Guangdong Provincial Natural Science Foundation (No. 000391).     

一种求解层合圆柱壳的杂交应力单元

根据修正的余能原理，推导出一种求解复合材料层合圆柱壳的杂交应力单元。取用六面体等参单元，此单元反映了各层材料性质不同及应力分布沿整个厚度不连续现象，同时计入横向剪切变形和法向挤压变形，适用于厚层壳体。文章通过实例说明此单元能准确求出各层内的应力值，实用价值高。     

具有中心孔的正交复合材料板在双轴载荷下的应力分析

本文研究了具有中心孔的正交复合材料板在双向载荷下的应力,建立了有限校核系数和双轴率以及之间板宽率的关系,并得到孔边的应力集中系数.这些结果对研究具有中心孔的正交复合材料板在双向载荷下的强度预测和应力分析具有重要的作用.     

杂交元本征应力模式和应力子空间的性质研究

详细讨论了有限元本征应力模式和应力子空间的性质，并着重讨论和进一步完善了与杂交应力有限元应力子空间有关的一些定理，为提出新方法提供了理论基础，主要包括：（1）证明了杂交元特征值不大于对应位移元的特征值；（2）证明了矩阵H非奇异的充分必要条件是假设应力模式线性无关；（3）证明了杂交元所对应位移元的本征应力模式形成的杂交元与该位移元相同；（4）证明了等价假设应力模式形成相同的杂交元；（5）证明了确定杂交元本征应力模式的充分必要条件是其范数平方等于所形成杂交元的变形模态特征值；（6）证明了杂交元假设应力模式与变形模态的能量一一对应的充分必要条件是假设应力模式彼此正交且与所对应位移元的本征应力模式除了一一对应者之外都正交。     

带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹应力强度因子的研究

用三维光弹性冻结应力实验技术与修正的多点超定法相结合研究了带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹的应力强度因子。分析了不同过渡圆弧的应力集中对两种表面裂纹(半圆形表面裂纹与前缘直线表面裂纹)的影响。用实验方法得到了应力强度因子放大系数的数值.结果表明,应力集中对浅裂纹的影响是更大的,是不可忽视的,但放大系数随表面裂纹的几何形状变化很小。这些对管节点的断裂力学评估提供了有价值的实验依据.     

利用边界单元法求平面问题应力强度因子K_I的应力-位移杂交法

本文提出用裂尖附近2点或3点的应力和位移计算应力强度因子K_I的杂交方法.这种方法充分利用了边界单元法的计算结果,考虑了裂尖应力场和位移场渐近展开式的高阶项,使用远离裂尖的点算出的K_I也有较好的精度,拟合线十分平坦.用算例的结果将杂交法与一般的位移法和应力法进行了比较,同时,对常量单元和线性单元也进行了比较.     

复合多层混合结构三维热传导分析

复合多层混合结构由不同热导率材料混杂组成。对于分析复合多层混合结构内部热传导机理以及非均匀温度场的复合混合结构热力耦合计算,常需要采用三维模型以得到较为精确的结构温度场分布结果。针对包含复合材料的多层混合结构的热传导问题,本文通过基于散度表示的一般瞬态三维热传导方程,利用Galikin法建立了复合多层混合结构瞬态三维热传导的有限元方程。对于复合多层混合结构单层材料过薄,引起的沿厚度方向划分单元的困难,采用等效三维单元使一个单元内包含一个或数个材料铺层,并在沿厚度方向热导率变化剧烈的情况对单元进行细化。数值仿真结果表明该方法网格划分灵活,计算结果较为理想,同时由于其拓扑结构包含的信息较为充分,能够实现多物理场条件下的耦合分析。     

整体化复合材料结构残余应力实验研究

通过钻孔法测试了T型整体化复合材料结构件在不同固化工艺方案下的残余应力,并研究了多墙类加筋壁板的腹板和蒙皮的残余应力分布,以及不同钻孔深度对结构件内部残余应力测试结果的影响。研究结果表明:共固化方式下产生的残余应力要小于胶结共固化方式下的残余应力。     

含多椭圆孔(核)复合材料加筋层板的应力集中研究

基于各向异性体平面弹性理论中的复势方法,应用杂交变分原理建立了一种与常规有限元相协调的含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元,采用该杂交应力有限元来描述层板的椭圆核区域,采用杆单元来描述加强筋(杆单元的刚度取为层板沿筋条方向的刚度),其余区域采用常规8节点等参单元进行模拟,建立起分析含多椭圆核复合材料加筋壁板问题的力学分析方法,详细讨论了椭圆核大小、位置、筋条尺寸、相对位置、铺层比例等诸参数的影响规律,得到了一些有益的结论。     

扩展的Hellinger-Reissner原理及特殊层合杂交应力元

建立了一种非匀质材料新的、扩展的H ellinger-Reissner原理,发展了当一个单元域划分为不同材料特性子域、其元内应力场沿子域表面不连续、且位移场在子域表面也急剧变化时,一个非匀质有限元刚度列式便利方法.这种列式亦可用于对每层横向剪应变均独立处置的厚层板.基于此变分原理建立了新的具有一个无外力圆柱表面的层合杂交应力元,单元各层独立假定的应力场通过以自然坐标表示的非协调位移为权函数使齐次平衡方程变分满足的理性方法及严格满足给定圆柱面上无外力条件得到,位移场在元间及层间连续条件则分别通过Lagrange乘子进行了松弛.数值算例表明:这类新型元可有效地分析具有多类圆柱形槽孔的厚、中厚及薄层板自由孔边应力分布.     

孔网钢增强复合材料管的弹性模量研究

以孔网钢聚乙烯复合管为例,利用单轴压缩实验研究了孔网钢增强复合材料管的力学性能,包括复合管的抗压强度和弹性性质,提出了孔网钢等效弹性模量和开孔因子的概念(分别记为Es和η),根据实验结果和复合材料理论,得到孔网钢等效弹性模量Es和开孔因子η的实验值.运用单孔模型,推导得到了孔网钢等效弹性模量Es和开孔因子η的解析计算公...     

各向异性平板开孔动应力集中问题的研究

采用各向异性平板弯曲波动理论及摄动方法，对正交各向异性平板开孔弯曲波的散射及动应力集中问题进行了分析研究，得到了此种平板稳态弯曲波动问题的渐近形式的分析解。同时采用保角映射技术，为求解正交各向异性平板开孔弹性波的散射及动应力集中问题提供了一种统一规范的方法。     

Stress Distribution in a Composite Cylindrical Shell with a Large Circular Opening

The stress–strain distribution in a composite deep cylindrical shell is analyzed. The shell is weakened by a circular opening and loaded by an axial force. The problem is solved by the variational difference method. The analysis is carried out for an orthotropic shell with low shear stiffness     

一类新的具有无外力圆柱表面的杂交应力元

根据Hellinger-Reissner原理,建立了进一步改进的具有一个无外力圆柱表面三维杂交应力元.元内假定应力场满足以柱坐标表示的平衡方程,及圆柱面上的无外力边界条件.当退化为二维时,也满足协调方程.数值算例表明,当分析带圆弧的槽孔板、块时,在稀疏的有限元网格下,这类单元即可提供较以前各类特殊元、一般假定位移元及一般假定应力元远为准确的三维及二维应力分布.     

Opening‐Mode Crack in a Unidirectional Composite Material

The plane static elastic problem of stress concentration in a unidirectional discrete infinite composite weakened by fiber breaks on a line normal to the reinforcement direction (an analog of the Griffith problem of elasticity theory) is considered. The composite is subjected to uniform stresses at infinity, and the crack edges are loaded symmetrically by the normal pressure. The problem reduces to constructing a polynomial with known values at the points of fiber breaks. The stress distribution along the line of breaks is obtained in the form of a fractional rational function of fiber number.     

表面裂纹平板应力强度因子的杂交应力元-线弹簧模型方法

本文采用基于杂交应力元和线弹簧模型相结合的方法,计算表面裂纹平板的应力强度因子。结果表明,本文解和三维有限元解吻合很好,与基于位移元和线弹簧模型相结合的解相比,具有更高的精度和较宽的适用范围。     

Photoelastic Stress Analysis by Use of Hybrid Technique and Fringe Phase Shifting Method

0Introduction Photoelasticityisanopticalmeasurementmethodforstressanalysis.Itcanperformwhole field measurementduetotwo dimensionalsignalprocessingoflight.Alsoitcanperformnon contact measurementbecauseoftransmissionorreflectionoflightonaspecimen.Photoelast…     

由应力集中处附近的应变值推求最大应力的一种方法

本文提出了一种用电阻片测定构件应力集中处最大应力的方案,以及相应的数据处理公式。典型实测与算例表明,本方法具有精度高的特点。并可以用于有限元、光弹性、云纹等方法。     

Stress separation of thermoelastically measured isopachics

Knowledge of individual stresses is necessary for the quantitative evaluation of engineering components. A finite element type scheme is described for accurately and efficiently separating measured isopachic data into individual in-plane stress components. Although the governing equations require complete boundary conditions to be well posed, illustrative examples demonstrate the method's ability to provide accurate individual stresses throughout a member using incomplete boundary conditions.