压电层合梁静动力学分析的高精度梁单元

给出了一个对复合材料压电层合梁进行数值分析的高精度压电层合梁单元。基于Shi三阶剪切变形板理论的位移场和Layer-wise理论的电势场,用力-电耦合的变分原理及Hamilton原理推导了压电层合梁单元列式。采用拟协调元方法推导了一个可显式给出单元刚度矩阵的两节点压电层合梁单元,并应用于压电层合梁的力-电耦合弯曲和自由振动分析。计算结果表明,该梁单元给出的梁挠度和固有频率与解析解吻合良好,并优于其它梁单元的计算结果,说明了本文所给压电层合梁单元的可靠性和准确性。研究结果可为力-电耦合作用下压电层合梁的力学分析提供一个简单、精确且高效的压电层合梁单元。     

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.     

基于无单元法的平面框架地震反应分析

无单元法在动力计算领域中的应用目前多以梁、板等简单构件的自振特性分析为主,对建筑结构的动力计算,尤其是地震反应分析尚未涉及.文中推导了无单元法的离散动力方程,以轴力杆、欧拉梁模型为基础,将简单构件的无单元动力计算推进到实际结构的地震反应分析,并给出了数值实现的基本流程.最后以一个十一层钢筋混凝土高层结构为算例,实现了多层多跨平面框架的无单元地震反应分析,达到了预期的效果,验证了无单元法应用于平面框架地震反应分析的可行性和有效性.     

非网格重剖分模拟宏观裂纹体的扩展有限单元法(2:数值实现)

探讨了扩展有限单元法的具体实现过程,包括裂纹体几何结构的拓扑分析、广义节点的选取及详细的单元数值计算。并针对前文提出的扩展有限单元平衡方程的统一矩阵实现模式,提出了采用虚拟层合元的思想来处理被裂纹横贯单元的子域积分问题,自然地解决了原方法中由于特殊的位移插值场在裂纹两侧不连续造成的单元刚度阵求解困难。同时依托比较成熟的虚拟层合单元法,可以方便地考虑域内及裂纹面上分布载荷影响。此外,一、二维算例较高精度的数值结果验证了本文算法的有效性和精度。     

复合材料层合板层间应力分析的混合有限元法

本文根据整体-局部变分原理,构造了一种适用于复合材料层合板层间应力分析的混合有限单元,本文以层合厚板和典型Pagano问题为例证明了该单元的有效性和可靠性。     

虚拟层合单元在平面梁和拱形状优化中的应用

本文在虚拟层合单元的基础上,为适应形状优化时边界变化的特点,构造了曲线分层的虚拟层合梁单元,这样,求解优化问题时仅把特定的层厚作为设计变量,无须改变原始数据结构,有限元网格只在优化初始生成一次即可,具有单元数少、设计变量少的优点,算例表明此法计算简便,结果可靠,具有良好的工程应用前景。     

压电结构振动控制及压电片位置优化的遗传算法

采用比例反馈控制,由线弹性压电层合结构有限元动力方程,推导了压电智能结构的振动控制方程.采用三维八节点实体耦合单元(Solid5)模拟压电致动器/感应器,三维实体单元(Solid45)模拟主结构,利用ANSYS中参数化语言(APDL)编写了压电层合智能结构的有限元程序.以零一最优问题来描述致动器/感应器的位置优化问题,...     

基于回传波射矩阵法的复合材料层合框架振动特性分析

将求解弹性杆系结构动态响应的回传波射矩阵法应用于层合框架的固有频率和模态的求解.用回传波射矩阵法得到单位脉冲载荷作用下层合框架的频响函数,然后由频响函数曲线的波峰确定层合框架结构的固有频率.最后通过回传波射矩阵法控制方程系数矩阵的伴随矩阵得到结构的振动模态.将对称铺层简支梁计算结果与用经典理论算得的解析解进行比较,验证了回传波射矩阵法计算结果具有很高的精度.然后对9根杆组成的平面层合框架进行计算,表明回传波射矩阵法可以有效地计算层合框架结构的固有频率和模态.     

纳米级石墨晶体层片力学性能的等效模型及分析

石墨晶体是由碳原子以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价键,在其平面内再构成网状层片结构。文中对基于原子键合力能关系的CCBE等效模型和经典的BEAM单元等效模型作了比较分析。其中CCBE包括两个节点,每个节点包含三个平移自由度。与经典BEAM单元相比,其两个节点均没有转动自由度。CCBE和BEAM单元的各个参数可以通过石墨晶体的相关实验获得。通过对石墨晶体层片的拉伸、剪切等效模型的柔度(刚度)系数计算分析,并与实验数据相对比,验证了CCBE等效建模方法的正确性和合理性。该等效建模方法为研究石墨的微观结构、性能等提供了一种有效的数值模拟方法。     

负泊松比碳纳米管增强层合结构预测与设计

基于层合结构理论,提出复合材料层合结构等效泊松比预测模型。该模型同时适用于对称角铺设层合结构和非对称角铺设层合结构的等效泊松比计算。与此同时,以碳纳米管增强层合结构为研究对象,针对反对称角铺设与对称角铺设两类铺设类型,对其等效泊松比进行计算。计算结果表明:采用[20/-20/20]_S、[70/-70/70]_S、[22/-22]_(3T)与[70/-70]_(3T)铺设角度,碳纳米管层合结构能够在整体上呈现负泊松比特性。     

复合材料层合板在动集中力作用下的结构声强特性

本文研究了复合材料正交异性层合板在动集中力作用下的结构声强特性。应用MSC/-NASTRAN商业软件计算了复合材料正交异性层合板在动集中力作用下各单元的内力和速度,再应用MATLAB软件得出复合材料层合板的结构声强。算例表明,复合材料正交异性层合板的结构声强流线图与各向同性板存在明显不同的特性。复合材料正交异性层合板的结构声强流线图受边界条件、层合板叠层顺序和层数的影响。从结构声强向量图和流线图可获得关于能量传递路径、源位置和能量汇合点的许多信息。进一步,结构振动产生的噪声可根据上述信息加以控制。     

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。     

复合材料结构几何非线性分析

本文采用退化的等参壳元分析了复合材料板、壳结构的几何非线性特性。数值计算表明：与各向同性材料不同,即使在很小的载荷和挠度下,几何非线性对复合材料结构的影响也是相当显著的。     

加筋板壳稳定性分析中一种简单的有限元模式

采用考虑耦合和剪切效三结点十五参数罚函数层板壳单元和与之相适应的两结点非协调层合梁单元，适用于任意和筋复合材料层合板壳的稳定性分析。数值计算表明：该单元不仅对边界形状的适应性强，而且在工程精度范围内具有简单，经济，高效的优点。     

复合材料层合板的摄动随机Cell-Based光滑有限元

随机性是实际工程结构的固有特性,如何更真实地描述含随机参数结构的随机响应及统计特性,对工程结构的可靠性设计具有非常重要的意义。本文基于Cell-Based光滑有限元,采用四边形单元,推导了基于一阶剪切变形理论的复合材料层合板的光滑有限元公式,降低了网格划分要求,适应不规则网格,并采用离散剪切间隙有效地消除了剪切自锁;结合摄动法和随机场理论,导出了复合材料层合板的摄动随机光滑有限元平衡方程,并给出了结构随机响应数字特征的计算公式,求解了材料属性含随机性的复合材料层合板的随机响应问题,数值算例结果表明了本方法的有效性和准确性。     

考虑面内破坏过程的含分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应

基于复合材料层合板一阶剪切理论，推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式；同时采用了Adams应交能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法，构造了相应的阻尼阵列式；为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象，建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析的分层分析模型和虚拟界面联接模型。在上述模型和理论基础上，采用了Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法，对含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了动力响应和破坏分析。通过算例，分别讨论了外载频率、分层位置，以及破坏过程的刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征的影响，得到了一些具有理论和工程价值的结论。     

含裂纹金属薄板胶接补强的应力分析

本文应用弹塑性有限元分析胶接补强的含裂纹薄板结构,剪切单元被改进使之可连结平面等参单元并用于分析胶层应力。计算了补强后裂纹板的应力强度因子,并将计算结果与实验数据作了比较,分析表明,胶接补强可显著降低裂尖的应力集中,使裂纹板内应力分布趋于均匀。     

复合材料圆筒自由边效应的有限元分析

本文分析复合材料圆筒在内压作用下的自由边效应，讨论圆筒的叠层顺序对自由边应力的影响，预报最易发生边界脱层的界面．有限元分析结果表明：层间剪切破坏是该结构发生边界失效的主要原因，不同的叠层顺序可较大地影响自由边层间剪切应力，而大变形情况下线性有限元分析结果与非线性有限元数据相差较大，几何非线性的影响不容忽视．     

含裂纹金属薄板胶接补强的应力分析

本文应用弹塑性有限元分析胶接补强的含裂纹薄板结构,剪切单元被改进使之可连结平面等参单元并用于分析胶层应力。计算了补强后裂纹板的应力强度因子,并将计算结果与实验数据作了比较,分析表明,胶接补强可显著降低裂尖的应力集中,使裂纹板内应力分布趋于均匀。