一种分析AGS结构的三角形加筋板壳单元

基于精细三角形Mindlin板单元构造了21个自由度三角形复合材料加筋板壳单元。在该单元构造过程中,考虑了肋骨弯曲、扭转、面内剪切和横向剪切变形的影响;由于肋骨和蒙皮的位移插值函数采用了相同的形函数,保证了两者变形的协调性,同时又放松了肋骨转动的约束,故与传统的板单元相比,能较好地反映了蒙皮和肋骨的变形特征。在此单元中,肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网格剖分带来了很大的便利。算例结果验证了单元的有效性,特别是在分析高肋结构时,显示出其比传统加筋板单元具有更高精度的优点。还以一典型的先进复合材料等格栅加筋板(AGS)为例,讨论了该结构弯曲变形的力学特性。     

复合材料大变形任意加筋壳单元

构造了用于复合材料偏心加筋壳形结构大变形分析的任意加筋壳单元。在此模型中,肋骨连同壳的整体被视为一个单元偏心加筋壳单元。肋骨可放在壳单元内的任意位置和任意方向。所构造单元的特点是在网格划分时,可不必考虑肋骨的位置,这就给网格划分带来了很大的灵活性。在壳和肋骨的方程中,引用Von-Karman大变形理论计及几何非线性的影响,按照Mindlin-Reissner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。     

复合材料大变形任意加筋板单元

本文构造了用于复合材料偏心加筋板状结构大变形分析的任意加筋板单元。在此模型中,肋骨可放置在板单元内任意位置和任意方向,因而在网格划分时,可不必顾及肋骨的具体位置。在板和肋骨的基本方程中,引用Von-Karman大变形理论计及大变形的影响,按照 Mindlin-Reissoner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。任意加筋板单元具有和常规板单元相同的自由度。数值计算表明本文的有限元模型具有很高的精度。     

含损伤复合材料AGS 板的屈曲特性

采用有限元数值模拟方法, 研究了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板结构(AGS) 的稳定性问题。对蒙皮和肋骨分别采用基于Mindlin 一阶剪切理论的复合材料层合板单元和层合梁单元来模拟, 推导了相应的有限元列式, 并通过坐标变换, 利用蒙皮与肋骨的几何连续条件, 形成了AGS 的单元刚度阵和几何刚度阵, 建立了含损伤AGS 稳定性分析的有限元控制方程。通过典型算例, 研究了压缩载荷作用下, 分层形状、分层大小、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式等因素对AGS 的稳定性特征的影响。数值结果表明, 含分层损伤的AGS 具有十分复杂的屈曲性态。屈曲临界力和屈曲模式与分层面积、分层形状、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式和位置均密切相关。      

复合材料偏心加筋壳特性分析

用任意加筋壳单元研究了复合材料偏心加筋壳结构的特性．研究表明，在结构几何尺寸已经确定的情况下，可以调整加强肋骨的偏心量，以改变加筋壳结构内部的受力和变形；调整加强肋骨的布置方式也是改变加筋壳结构强度和刚度的有效方法．     

具有无序尺寸肋骨配置的加筋圆柱壳振动局域化

为控制周期加筋圆柱壳在通带振动的远距离传播问题,拟采取肋骨尺寸无序配置的方式实现将振动局限于振源附近,为此开展了具有肋骨尺寸无序配置的加筋圆柱壳振动局域化研究。为定量预报局域化因子,将加筋圆柱壳各周向模式振动沿轴向的传播等效为耦合振子链的振动传播问题。以加筋圆柱壳有限元振动分析的结果为输入,使用结合波数分析的参数辨识技术给出了等效振子固有频率参数和耦合参数,利用耦合振子链的无序局域化因子公式预报肋骨尺寸无序配置加筋圆柱壳的局域化因子,用于判断振动局域化的发生。为预报局域化因子所需要的肋骨尺寸无序度参数使用了参考模型辨识技术。针对具有无序尺寸肋骨配置的加筋圆柱壳所开展的振动局域化分析结果表明,肋骨尺寸变化能导致单元对地刚度发生改变,从而导致单元固有频率发生改变。因此,肋骨尺寸无序配置可实现振动局域化,具体程度同振动模式、肋骨尺寸无序度参数和频率相关。     

冲击后含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲

采用数值分析方法研究了冲击后含损伤的复合材料格栅加筋板的后屈曲特性。基于Mindlin 一阶剪切理论和Von Karman 大挠度理论, 建立了冲击后蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板后屈曲分析的有限元方法; 分析中同时考虑了蒙皮和肋骨中纤维断裂、基体开裂等损伤累积造成的刚度的退化和蒙皮分层子板间的闭合接触效应, 为含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲特性研究提供了一种有效的数值分析方法。分析结果表明, 蒙皮分层面积较大时, 格栅加筋板出现蒙皮分层上子板的局部屈曲后仍然具有较强的继续承载能力, 而在后屈曲分析中, 应考虑损伤累积对格栅加筋结构承载能力的影响; 采用非线性虚拟界面元可成功处理分层子板间的闭合接触效应。      

复合材料帽型加筋板轴压试验及承载能力预测

随着复合材料的广泛使用,复合材料帽型加筋板在飞机结构上的使用也越来越多。为研究复合材料帽型加筋板承受轴向压缩的能力,首先对不同蒙皮半径、蒙皮厚度及长桁间距的复合材料帽型加筋板进行了轴压试验,得到了局部屈曲载荷、破坏载荷与加筋板曲率系数、长桁间距的关系,然后,通过引入曲率修正系数,修正了现有加筋板屈曲载荷的工程估算公式;最后,利用分段处理法结合有效宽度概念改进了加筋板轴压极限承载的工程算法。结果表明:帽型复合材料加筋板局部屈曲载荷及最终破坏载荷与曲率系数正相关;改进的方法能对复合材料加筋板的极限承载进行准确预测。所得结果表明该方法为复合材料加筋板结构设计及载荷估算提供了一种新方法,具有一定的工程应用价值。      

复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效评估方法

在飞机结构设计中,为高效完成复合材料加筋板结构设计,亟需一种快速有效的复合材料整体加筋板后屈曲失效评估方法。采用商业有限元软件ABAQUS建立了加筋板有限元模型,研究了复合材料整体加筋板的轴压后屈曲失效评估方法,即“整体-局部”法。通过对单筋条壁板后屈曲的失效分析发现,“整体-局部”法可得到初始脱胶时的位移和载荷值以及较准确的破坏载荷值,是一种能有效确定加筋板后屈曲失效情况的快速评估方法,对提高结构设计效率和减轻飞机结构质量具有重要的工程意义。     

板锥网壳结构的静力有限元分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理,技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文采用组合结构有限元法对板锥网壳结构进行了线弹性静力分析,分别考虑了三种计算力学模型,着重研究了具有内节点的三角形板单元及复合材料层合板单元,编制了板锥网壳结构的专用计算程序。     

带有加强筋的Mindlin板动态刚度阵法

以加筋中厚矩形板为研究对象，推导了加筋板的动态刚度阵，为动态刚度阵法提供一种新单元。板的运动微分方程由Mindlin厚板理论给出，同时还考虑了板平面内的振动。对于板上加强筋的处理，则通过Hamilton原理对板的运动方程作相应的修正，最终得到加筋板的运动微分方程。而方程的解析解直接用于单元刚度阵的推导，所得加筋板单元的动态刚度阵结合传统有限元方法的单元组装和求解方法即可用于计算整个结构的动力响应。此外，还给出了加筋板单元的均方响应计算公式，可用来计算结构的平均振动能量。最后通过数值算例验证本文方法，计算结果与传统有限元方法进行分析比较。     

阻尼夹芯复合材料加筋板的振动分析与数值模拟

以阻尼夹芯复合材料加筋板为研究对象,依据一阶剪切变形理论(FSDT)和Hamilton原理,推导板和加强筋的应变能、动能表达式,采用变分原理建立控制微分方程,根据相关边界条件和傅里叶级数求解方程。建立了ANSYS阻尼夹芯复合材料加筋板的有限元模型,该模型考虑到阻尼夹芯复合材料加筋板中阻尼材料与纤维预浸料间的结合方式,用模态应变能有限元数值模拟方法研究了结构的动力学性能,并通过对数值模拟结果与理论解的比较,验证了模型的合理性和有效性。探讨了不同的筋条尺寸、不同的筋条数量、不同的筋条分布方式对阻尼夹芯复合材料加筋板动力学性能的影响,得出了阻尼夹芯复合材料加筋板的一阶模态频率和损耗因子随不同参数的变化曲线,其结论为阻尼夹芯复合材料加筋板的优化设计提供参考。     

具有初始几何缺陷加劲板的动态屈曲

针对工程中常用的加劲板,研究了动态屈曲的求解方法。将加劲板分为母板与加劲肋两个部分考虑,其中母板按经典薄板理论计算,加劲肋视为Euler梁。假定加劲板的位移,利用Hamilton原理结合系统能量和振型叠加法建立了加劲板的动态屈曲特征方程。最后,选择四边简支加劲板进行数值分析,分析中考虑初始几何缺陷的影响,并讨论了初始几何缺陷、加劲肋的数量及其刚度的变化对动态屈曲临界荷载的影响。结果表明：一阶模态的初始几何缺陷对加劲板的临界荷载影响很大,而增加加劲肋的数量及其刚度可以提高加劲板的抗动态屈曲能力。研究结果也为加劲板的结构设计方法提供一定的参考。     

Stiffened cracked plates analysis by dual boundary element method

In this paper a boundary element formulation for analysis of shear deformable stiffened cracked plates is presented. By coupling boundary element formulation of shear deformable plate and two dimensional plane stress elasticity, dual boundary integral equations are presented. The interaction forces between stiffeners and the plate are treated as line distributed body forces along the attachment. Both concentric and eccentric stiffeners have been considered. Rectangular stiffened plate containing a single crack and double cracks subjected to uniform distributed moment on the crack surface and uniform shear load on the plate are analysed by the proposed method. Good agreement has been achieved compared with analytical solutions.     

Buckling response of laminated composite stiffened plates subjected to partial in-plane edge loading

This article presents the buckling analysis of laminated composite stiffened plates subjected to partial in-plane edge loading. The finite element method is used to carry out the analysis. The eight-noded isoparametric degenerated shell element with C⁰ continuity and first-order shear deformation and a compatible three-noded curved beam element are used to model the plate skin and the stiffeners, respectively. The eigen value analysis is carried out to track the buckling load. The convergence study is performed for some specific problems and the results are compared with the available results in the literature. It is observed that the convergence of results is very fast for this finite element model. Effect of different parameters like orientation of fibers, number of layers, and loading types are considered in the present investigation. It is also observed that all these parameters have significant effect on the buckling response of the composite stiffened plate.     

具有初始应力加劲板的非线性动力学特性

针对工程结构中常用的加劲板,研究了其在初始应力作用下的非线性振动特性。将母板与加劲肋分开考虑,其中母板按薄板理论考虑,加劲肋按Euler-Bernoulli梁理论考虑,根据母板与加劲肋的应力与应变关系建立系统的应变能表达式,同时结合系统的动能表达式,并利用Lagrange方程建立系统的非线性动力微分方程。运用椭圆函数求得加劲板单模态的非线性频率,采用同伦分析方法求解加劲板的3∶1内共振。通过参数分析,重点讨论初始应力变化对系统非线性动力特性的影响,并得出初始应力的存在对加劲板非线性动力特性的影响规律。