直线型正交异性复合材料圆板的大挠度弯曲

本文研究了复合材料直线型正交各向异性圆板的大挠度弯曲问题。首先通过周向刚度分析建立了非轴对称挠曲函数的形式:然后采用伽辽金法求解卡门方程, 其中应力函数是通过求解其非线性协调方程而精确得到的。由此,对周边固支而径向位移约束和自由两种边界条件求解了几种各向异性性质的复合材料园板;并讨论了非轴对称位移项引起的影响。计算结果表明, 非轴对称位移项的影响随着材料正交各向异性强度的增大而更加显著。当材料刚度系数比E₁/E₂=40时, 其对挠度的影响可达17％。      

考虑材料各向异性的纤维增强聚合物基复合材料板损伤Lamb波检测和定位

超声Lamb波法是检测板状结构损伤的常用方法,然而纤维增强聚合物基复合材料（Fiber reinforced plastics,FRP）本身的各向异性会对Lamb波损伤定位的精度造成较大的影响。为了解决此问题,在传统椭圆法的基础上,提出了考虑材料各向异性的时间概率密度法的损伤定位方法。该方法通过考虑不同传播方向的A₀模态波的群速度变化,计算FRP板上任意一点存在损伤的反射波的走时,得到声波传播时间图。创建声波传播时间与实际损伤反射波走时的映射关系,可得到能表征损伤存在概率的时间概率密度图,通过相应的数值分析和实验研究,发现本方法误差比传统椭圆法误差的减小率可达到70%以上,论证本方法对各向异性FRP板损伤定位的可行性和准确性。      

正交各向异性和各向同性方板自由振动的三维无网格解

推导了正交各向异性和各向同性弹性体自由振动的三维控制微分方程,利用基于逆复合二次径向基函数的无网格配点法对三维控制微分方程和边界条件进行离散,通过数值算例选取了逆复合二次径向基函数的形状参数,结果表明:形状参数(是x方向的节点数)时计算结果收敛最快。计算了不同边界条件的正交各向异性和各向同性板的固有频率,该文中的结果与文献中的结果具有较好的一致性。     

张力退火感生各向异性对纳米晶合金磁性能的影响

对Fe_74.1Cu₁Nb₃Si₁₅B_6.9(%,原子分数)纳米晶合金进行连续张力退火,研究了张力退火感生各向异性对纳米晶合金磁性能的影响。结果表明,张力退火产生的感生各向异性常数(K_u)与退火张力(σ)满足线性关系。随着退火张力的增大合金在f =5 kHz和H=3 A/m测试点的有效磁导率(μ_e)先增大后减小,且随着磁场和频率的提高有效磁导率(μ_e)的衰减减小。退火张力为67 MPa时有效磁导率(μ_e)在磁场强度H为0~800 A/m和频率f为1 k~3 MHz范围内保持约800,表现出恒导磁特性。同时,合金的单位质量损耗(P_m)随着退火张力的增大而减小,当退火张力为67 MPa时损耗为68 W/kg (测试条件：B_m=300 mT,f =100 kHz),与无张力退火相比下降约67%。同时,通过磁光克尔效应观察到张力退火后合金内部形成垂直于张力方向的180°片形畴,随着退火张力的增大磁畴宽度减小且趋于一致,退火张力为67 MPa时片形畴的宽度约为85 μm。     

开孔形式影响装配式耗能支撑滞回性能研究

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,可有效避免支撑构件失稳。为了研究腹板开孔形状对这种支撑的耗能性能的影响,进行了装配式耗能支撑试件低周往复加载试验,并采用有限元软件进行了模拟计算。试验结果表明:装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间板件进入塑性变形耗能阶段,腹板开长圆孔的试件与腹板开椭圆孔的试件孔间板件端部为薄弱部位,腹板开菱形孔的试件孔间板件中间部位为薄弱部位,加载过程中这些部位首先进入塑性变形阶段并最先发生断裂。加载过程中螺栓与槽钢始终处于弹性变形状态。有限元分析表明:改变腹板宽度对于腹板开长圆孔的耗能支撑的承载能力与初始刚度影响最大,对于腹板开椭圆孔的耗能支撑影响最小;改变孔间板件宽度对于腹板开菱形孔的耗能支撑影响较小。改变腹板厚度对于三种腹板开孔形式耗能支撑的承载力与初始刚度影响相近。当试件主体过早失稳,可通过增大高宽比、减小腹板厚度或选用翼缘更大的槽钢来避免。耗能板件螺栓连接部位安全可靠,未见变形或破坏,布置螺栓时孔距不应超过4.5d₀。     

含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲问题研究

该文利用各向异性体弹性理论中的复势方法,以Faber 级数和保角映射为工具,对含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲问题进行分析,得到了含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲的级数解形式,给出了无限大薄板在受到弯曲载荷时孔边的应力分布,并讨论了孔距、孔的数量、排列方式、椭圆度、材料的各向异性对孔边应力分布的影响,得到了有益的结论.该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等优点.     

含孔复合材料层合板孔边的应力集中

针对含孔有限宽复合材料层合板的应力集中问题,提出一种计算孔边应力分布及应力集中因子的方法：先利用经典层板理论,将复合材料层合板化归为各向异性板;再将各向异性板等效转换为一偏轴拉伸的单向纤维层板;最后利用含孔偏轴单向板的孔边应力计算公式来分析一般铺层层合板孔边应力集中情况。根据所推导的计算公式,分析讨论了板宽/孔径比、铺层比例、铺层方式、材料性能参数等因素对孔边应力集中的影响。     

带孔板仿生孔形状的强度设计

树木节疤的多年优化结构具有合理的机械强度,研究了仿树木节疤结构形状,设计了带孔板的孔形参数,并进行了Mises应力场分析。结果表明,在单向均布载荷作用下,椭圆参数大于2的椭圆孔的机械强度最优;在双向不同或相同应力水平的均布应力作用下,当双向应力比为0．5～2．0时,圆形孔板的机械强度最优。     

纤维体积含量对C/7740复合材料性能的影响

本文研究了纤维体积含量(V_f)与碳纤维/7740玻璃的相对密度(Ds)抗弯强度(σ_b)和冲击韧性(ak)之间的关系。用泥浆浸渗法制带及热压成形技术制备试样。实验结果表明:材料的Ds随V_f的增加而降低;σ_b和ak值开始随V_f的增加而增大,在V_f为40%左右时出现极大值,之后随V_f增加而降低。对V_f为4096样品的σ_b分布规律进行了分析,表明:其σ_b服从韦布尔分布。所获材料的最高σ_b为370Mpa,ak值为31KJm-2。      

《开孔对矩形板动力性能影响分析》

以超椭圆方程描述开孔边界,利用ANSYS有限元软件,数值分析开孔的形状、面积（尺寸）、位置及转动对典型矩形板前二阶固有频率的影响。研究结果发现开孔能显著改变矩形板的固有频率,其影响效果受板的边界约束条件和开孔形状设计影响很大。实际工程结构中,开孔形状设计应当引起足够的重视。     

含缺口受拉平板塑性应力场的有限元分析

含尖缺口受拉平板三维应力场是断裂分析研究中常遇到的问题,进入塑性状态以后,缺口尖端的应力状态和分布与弹性条件下有很大的不同。通过有限元的方法对含缺口受拉平板的塑性应力场进行了分析,并进一步研究了厚度和缺口半径因素对缺口尖端应力场的影响。分析结果表明,缺口半径减小提高了平面内应力σx和σy,也提高厚度方向应力σz和平面应变系数,平面应变系数在塑性条件下趋于0.5;厚度对平面内应力σx和σy影响很小,但提高厚度方向应力σz和平面应变系数,平面应变系数在载荷较小时趋于材料泊松比μ,在载荷较大时趋于0.5。     

An engineering formula for the stress concentration factor of orthotropic composite plates

An engineering formula for the theoretical stress concentration factor of orthotropic notched plates under tension is provided, as a function of the material elastic constants and the K_t of the corresponding isotropic case. The accuracy and limits of applicability of the new solution are discussed by comparison to data from the literature and results from FE analyses on notched geometries of practical interests. The proposed solution represents a very useful tool to estimate the stress concentration factor of notched orthotropic plates, composite orthotropic laminae, orthotropic unidirectional laminates and homogenised orthotropic composite laminates.     

杂交有限条法及其在正交异性板上的应用

本文建立了一种杂交有限条法,并应用于各向同性板和各向异性板。这工作是基于修正余能原理进行的。在有限条列式的过程中,在条中假设应力场而在条的边界上假设位移场。数值计算表明,过种方法是合理的,能较快地逼近准确解。      

复合材料层板低速冲击后剩余压缩强度

对两种材料体系和铺层的复合材料层合板进行低速冲击后压缩强度试验 , 以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。讨论了表面凹坑深度、 背面基体裂纹长度、 损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。在试验研究的基础上 , 建立了复合材料低速冲击后剩余强度估算的一种椭圆形弹性核模型。该模型将冲击损伤等效为一刚度折减的椭圆形弹性核 , 采用含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元分析含损伤层合板的应力应变状态 ,并应用点应力判据预测层板的压缩(或压、 剪)剩余强度。理论分析与试验结果对比表明 , 该模型简单有效。      

Computation of the stress intensity factors of sharp notched plates by the fractal‐like finite element method

The fractal‐like finite element method (FFEM) is an accurate and efficient method to compute the stress intensity factors (SIFs) of different crack configurations. In the FFEM, the cracked/notched body is divided into singular and regular regions; both regions are modelled using conventional finite elements. A self‐similar fractal mesh of an ‘infinite’ number of conventional finite elements is used to model the singular region. The corresponding large number of local variables in the singular region around the crack tip is transformed to a small set of global co‐ordinates after performing a global transformation by using global interpolation functions. In this paper, we extend this method to analyse the singularity problems of sharp notched plates. The exact stress and displacement fields of a plate with a notch of general angle are derived for plane‐stress/strain conditions. These exact analytical solutions which are eigenfunction expansion series are used to perform the global transformation and to determine the SIFs. The use of the global interpolation functions reduces the computational cost significantly and neither post‐processing technique to extract SIFs nor special singular elements to model the singular region are needed. The numerical examples demonstrate the accuracy and efficiency of the FFEM for sharp notched problems. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Anticlastic effects and the transition from narrow to wide behavior in orthotropic beams

The classical assumptions of standard beam theory include that of uniaxial stress for isotropic beams, or vanishing transverse moment for beams of layered orthotropic materials. Wide beams, on the other hand, display the familiar effect in which the transverse “anticlastic” curvature is assumed to vanish. The transition between these behaviors is not well characterized, and is addressed in the present work by means of a solution for orthotropic plates with two free lateral edges, so as to represent a beam of any aspect ratio. It is found that the transition is independent of the thickness, but depends on the length/width aspect ratio and the material properties. The calculations show that the deviation from narrow beam behavior occurs at a length/width aspect ratio of about 10 for isotropic and many orthotropic materials, and depends on the orthotropic material properties. Comparisons with experimental data in the literature support these conclusions.     

残余应力和粗糙度对叶片振动疲劳性能的影响

为了研究叶片表面完整性对其振动疲劳性能的影响,本文模拟分析了某型高温合金叶片在振动疲劳实验过程中的动力学应力响应,获得叶片共振时应力幅值随时间的变化规律,分析了残余应力和粗糙度对叶片振动疲劳寿命和疲劳极限的影响规律.结果表明:叶片共振过程中的应力响应幅值先增大后减小呈周期性变化,属于"拍"现象,满足关系σ=1 046sin(242.83t)sin(5 828t);叶片的振动疲劳极限和疲劳寿命均随残余应力和粗糙度的增大而减小,振动疲劳极限和残余应力之间的关系满足σfat=510.9-0.31-70.93σrest;而疲劳极限和粗糙度之间的关系则满足σfat=9.67R2roughness-70.93Rroughness+713.23.     

Methods for modelling the ultimate strength of orthotropic plate with a central hole under uniaxial tension

The stress state in plates with circular holes made of orthotropic homogeneous material has no singularities and it can be exactly determined. The numerical stress distribution calculation by the finite element method will be compared with those obtained by the analytical equations developed by several authors. The goal of this work is to validate the finite element method, in conjunction with in-plane and out of plane failure criteria, in order to calculate not only the stress distribution for orthotropic plates with circular holes but also to determine their ultimate strength.The tool used has been a user subroutine (UMAT) specially developed for this work that implements the features of the commercial FE program (ABAQUS). The code performs an implicit analysis of the stress-state with progressive damage modelling.Finally, both of them, numerical and analytical method, will be checked with experimental tests by means of strain gauges.     

碳素钢在不同应力作用下的漏磁场分布特征

选取45#钢平板缺口试样进行拉伸实验,在线测量各组试样在不同拉伸载荷时的试样表面漏磁场分布;同时利用ANSYS有限元分析软件对各组试样在不同拉伸载荷下的应力分布进行有限元分析,并提取应力分布结果.分析了试样表面漏磁场分布与应力分布之间的关系以及应力对磁记忆信号的影响;在磁记忆特征值提取方面,利用传统的磁场梯度K值可以有效检验应力集中部位,同时本文提出一种新的基于磁记忆信号能量的检测特征值,实验证明可以通过此特征值对试样的安全性做出检测及评估.