受热双层圆薄板的轴对称非线性振动

通过对双层薄板坐标参考面的选择,基于Von Kár mán理论和Hamilton原理,建立了受热双层圆板轴对称非线性振动控制方程的简化形式。采用Galerkin法进行时空变量分离后,由Lindstedt-Poincaré 摄动法获得了受热双层板非线性振动频率与振幅间的特征关系。文末以某热致微型泵的驱动膜片为例,研究了不同温度对其振动特性的影响。本文的方法极易推广到单层和多层受热薄板非线性振动的分析中。     

复合材料圆柱壳非线性热弹耦合振动

根据复合材料圆柱壳的非线性动力方程,研究了复合材料圆柱壳的非线性热耦合振动,应用Galerlein原理及改进的L－P法对其非线性热耦合振动进行求解,并讨论分析了温度、长径比、厚径比对复合材料圆柱壳非线性热振动固有频率的影响。     

热声载荷下C/SiC薄壁层合板结构动力学响应计算与寿命分析

高超音速飞行器薄壁结构在工作环境下承受着复杂的高温强噪声载荷，高温会使材料性能发生变化，导致局部区域出现热声疲劳破坏，影响结构的耐久性和完整性。针对此类问题，基于薄壁结构大挠度非线性振动理论，构建热声载荷下四边固支C/SiC薄壁层合板结构的数值仿真模型，并对其进行了动力学响应计算，研究了不同热声载荷组合下的振动响应规律，并采用线性累计损伤理论对结构进行疲劳寿命的预估和分析。结果表明，热声载荷对碳/碳化硅薄壁层合板的非线性响应影响不同，热载荷通过改变结构基频来影响结构非线性响应。四边固支C/SiC薄壁层合板在热声载荷作用下表现出非线性随机振动特性，并且呈现在平衡位置随机振动、随机跳变等多种运动状态，跳变运动给结构造成更大的的损伤更大。     

航天器刚柔耦合动力学建模及热诱发动力学响应分析

针对带大型太阳能帆板的航天器,使用蜂窝板对太阳能帆板进行建模,利用哈密顿原理建立了航天器刚柔耦合动力学方程,分析了刚柔耦合非线性项及系统参数对航天器固有特性和热诱发动力学响应的影响。结果表明,系统频率随中心刚体转动惯量减小而升高,存在特定的蜂窝芯层与蜂窝板厚度比值,使系统频率最高;系统刚柔耦合非线性项不影响热诱发动力学响应中的准静态位移分量,但会使热诱发振动分量的振幅增大,振动频率发生偏移;当系统热特征时间常数的倒数和系统基频接近时,热诱发振动幅值最大。研究结果对航天器参数设计提供了理论指导。     

压电功能梯度层合梁的力-电-热耦合梁单元及最优振动控制

给出了一个压电功能梯度层合梁振动分析的两节点力-电-热耦合梁单元,并将其用于功能梯度层合梁的振动最优控制。在这个多场耦合梁单元中,功能梯度材料的等效力学性能用Voigt或Mori-Tanaka模型表征;梁的位移场用Shi改进的三阶剪切变形板理论描述;压电层的电势场用Layer-wise理论分层表征,且呈高阶非线性电势场的压电层可离散成数个子层。用Hamilton原理推导了压电功能梯度梁的力-电-热耦合单元列式,用拟协调元法给出了多场耦合梁单元的高计算效率的显式单元刚度矩阵,以及采用线性二次型(LQR)最优控制算法进行压电功能梯度层合梁的最优振动控制。使用所得力-电-热耦合梁单元进行了压电功能梯度层合梁的静力和动力分析。数值算例表明,所得力-电-热耦合梁单元可靠、准确和高效,LQR最优控制算法得到最优控制电压可有效抑制功能梯度梁的振动且实现控制系统能量的优化。     

正交异性矩形板非线性的固有热振动

采用改进的L-P法及伽辽金原理研究正交异性矩形板非线性的固有热振动，并讨论分析了温度、长宽比等因素对正交异性矩形板非线性固有热振动频率的影响。     

均匀热载荷作用下功能梯度圆板的非线性振动

基于经典板理论,研究了热载荷作用下功能梯度圆板的大幅振动问题。在经典板理论下利用物理中面概念,导出了功能梯度圆板的非线性运动方程。利用Ritz-Kantorovich方法消去时间变量,将非线性运动方程转换成了一组关于空间变量的非线性常微分方程。采用打靶法数值求解所得方程,并利用数值结果研究了热载荷作用下功能梯度圆板静态响应的影响和振幅、材料梯度参数、热载荷以及边界条件等对功能梯度圆板振动行为的影响。研究表明:热变形的存在使周边夹紧与简支FGM圆板的振动响应及线性振动与非线性振动行为均有显著不同。热过屈曲变形板的硬化是有限度的,过大的热过屈曲变形也会降低FGM圆板的刚度。     

各向异性复合材料对称角铺设层合板非线性弯曲强迫振动

笔者曾经研究讨论了各向异性复合材料反对称角铺设层合板的非线性弯曲强迫振动问题[1]。本文是这一研究领域的继续和扩展。在这里,笔者详细研究了各向异性复合材料对称角铺设层合板在简谐激振力作用下的非线性弯曲强迫振动问题,做了包括算例的全解析过程分析,得到了各向异性对称角铺设层合板在各种量级载荷作用下的幅一频关系,分析了对称角铺设层合板结构的铺设方向角对非线性弯曲强迫振动的幅一频关系影响,所求得的解析形式结果保证了结果的可靠性。本文无疑是对复合材料层合板非线性强迫振动问题研究的一个有意义的深入扩展,它们对于探讨其它复合材料结构的非线性动力问题具有一定的意义。      

功能梯度材料剪切板热屈曲后的非线性振动

基于Reddy高阶剪切变形理论及广义Kármán型方程,对功能梯度材料剪切板热屈曲后的非线性振动进行了分析,分析中考虑了材料热物参数对温度变化的依赖性.数值算例给出两类功能梯度材料剪切板在均匀温度场作用下的热荷载一线性振动频率及热荷载-非线性振动频率比曲线,讨论了材料组分指数变化所带来的影响.     

形状记忆合金纤维正交各向异性层合矩形板的非线性弯曲振动

研究了形状记忆合金(SMA)纤维混杂复合材料大挠度层合板的非线性自由与受迫振动特性。基于描述SMA力学行为的Brinson理论以及层合板材料性能预测的混合率, 建立了SMA纤维混杂复合材料大挠度层合板的本构方程, 基于对称层合各向异性弹性板的非线性理论, 建立了以横向挠度和应力函数表示的板的横向振动方程和相容方程。采用Galerkin近似解法将振动方程化为时间变量的含有三次非线性项的Duffing型常微分方程, 采用谐波平衡法(HBM)获得系统的固有频率方程和强迫振动稳态频率响应方程。数值计算表明: 非线性板自由振动频率比与激励温度的关系具有与线性板相同的特征, 马氏体相向奥氏体相转变阶段温度对板的振动频响特性曲线的影响最显著, 同时也讨论了SMA纤维含量、 板的纵横比以及自由振动幅值对板的非线性频率比的影响。      

复合材料对称层合板特征值问题的灵敏度分析

由于复合材料层合板的横向剪切模量较低,因此基于克希霍夫理论而计算的层合板特征值及其灵敏度与实际情况相差较大。本文采用层合板的一阶剪切变形理论,将纤维铺设角、材料参数和从层合板的中面到第K层板上表面的距离Z_K视为设计变量,研究了对称层合板特征值的灵敏度计算问题。     

弹性压头与复合材料层合梁间的弹性接触分析

冲击器与复合材料接触性态的研究是复合材料低速冲击响应研究的关键.本文采用处理弹性接触问题的有限元混合法研究了弹性压头与复合材料层合梁间的弹性接触问题.用数值算例讨论了静力接触定律和压头弹性、层合梁铺设方式及摩擦等因素对接触内力和层合梁内部层间应力大小和分布的影响,得到一些有益的结论.     

Ti-Cu层状复合材料静态载荷下变形与失效机制

利用水下爆炸焊接法制备了Ti-Cu层状复合材料。为研究Ti-Cu层状复合材料静态荷载下变形和失效机制，对Ti-Cu层状复合材料进行了室温条件下单轴拉伸实验和预制裂纹的三点弯曲实验，并与Ti单层板和Cu单层板进行对比分析，采用SEM观察断口形貌。通过拉伸和三点弯曲实验后的微观分析表明:在拉伸实验中，Ti-Cu层状复合材料的破坏是由于多方向应力耦合作用，加工硬化和界面效应使其拉伸强度远高于Ti单层板和Cu单层板；在预制裂纹的三点弯曲实验中，Ti-Cu层状复合材料的断裂是多重损伤失效相互作用的结果。Cu层形成大量的滑移带和变形带，Ti层产生大量的微裂纹，Ti-Cu层状复合材料由于多种损伤累积，形成一种特有的沿基体和界面交替传播的裂纹形态；相对于均质金属，Ti-Cu层状复合材料复杂的变形和失效行为是其力学性能提高的重要原因。      

Fe_(78)Si_9B_(13)/Ni层状复合材料的制备及其拉伸性能

采用脉冲电沉积的方法制备了Fe78Si9B13/Ni层状复合材料(Ni-Fe78Si9B13-Ni三层结构)。用SEM和TEM对层状复合的微观组织进行观察,Ni层的晶粒尺寸平均约为50 nm,非晶层和纳米Ni层具有良好的界面结合。Fe78Si9B13/Ni层状复合材料的室温断裂强度达到2090 MPa,断裂伸长率达到8.5%,其伸长率远大于单相Fe78Si9B13非晶带的伸长率(1.39%);在450℃高温拉伸,复合材料的延伸率达到了115.5%,远大于单相非晶带的高温延伸率(36.3%),实现了通过制备层状复合材料来提高非晶带塑性的目的。     

Investigation of impact fracture behavior of automobile laminated glass by 3D discrete element method

A three-dimensional discrete element model of laminated glass plane is presented and a 3D numerical analysis code, which can simulate the impact fracture behavior of automobile laminated glass, is developed. The impact process of a single glass plane and a laminated glass plane are calculated in the elastic range by the code. Comparing its results with those calculated by the commercial FEM code LS-DYNA in the same condition, the validity of the 3D laminated glass model and the 3D discrete element method are proved. Furthermore, the impact fracture process of a single glass plane and a laminated glass plane are simulated respectively. The entire failure processes in detail are presented. By comparing the impact force and reduction of kinetic energy of impact body between those two models, the numerical method is applied to demonstrate the advantage of laminated glass in passenger’s safety.     

复合材料层合梁理论

层合梁理论是分析复合材料层合梁和加筋层合结构力学响应的基础.本文基于Mindlin假定导出了横向层合梁、纵向层合梁和组合层合梁一阶剪切变形理论.给出的理论既能够精确计算各层合梁的刚度值,又能考虑各刚度之间的耦合效应.为不失一般性,三种层合梁的本构方程均考虑了热效应.     

基于灵敏度分析的复合材料层合板优化设计

工程结构中的复合材料层合板的几何参数往往具有随机性质.如何研究随机参数层合板的灵敏度,并对参数进行优化分析,这对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义.根据层合板的一阶剪切理论,采用样条有限元法,推导并建立了层合板的振动方程,刚度矩阵,质量矩阵,比例阻尼矩阵以及求解反对称层合板响应灵敏度的计算公式,在基于灵敏度分析的基础上,进行了复合材料层合板的基频分析和优化设计,并用网格法计算最佳铺层角.数值算例验证了算法的有效性.     

剪切载荷作用下复合材料层合板优化分析*

本文讨论了双向增强层合板承受剪切载荷使剪切屈曲线栽荷最大的铺层优化分析,文中首先证明了使剪切屈曲裁荷最大的最优结构必定是对称铺设结构,还通过结构的灵敏度分析证明了无论层合板层数是多少其最优铺设角不会超过三个,并说明上述优化问题还可作为单设计变量优化问题处理。     

Numerical characterization of compressive response and damage evolution in laminated plates containing a cutout

A micromechanical constitutive model [Liang Z, Lee HK, Suaris W. Micromechanics-based constitutive modeling for unidirectional laminated composites. Int J Solid Struct 2006;43:5674–89], based on the concept of the ensemble-volume average for laminated composites, is implemented into a finite element program to numerically characterize the compressive response and damage evolution in laminated plates containing a cutout. Prior to the implementation of the model into the finite element program, the predicted moduli of laminated composites are compared with analytical bounds and experimental data for the validation and verification of the constitutive model. A series of numerical simulations for a uniaxial test of laminated plate specimens containing a cutout are conducted using the implemented constitutive model. The predictions are compared with experimental data [Lessard LB, Chang FK. Damage tolerance of laminated composites containing an open hole and subjected to compressive loadings: Part II-Experiment. J Compos Mater 1991;25:44–64; Chang FK, Lessard LB. Damage tolerance of laminated composites containing an open hole and subjected to compressive loadings: Part I-Analysis. J Compos Mater 1991;25:2–43] to verify the accuracy of the implemented constitutive model. A parametric study is also carried out to illustrate the influence of the geometry of the specimens on the behavior of laminated plates. It is shown that the implemented constitutive model is suitable for the analysis of the constitutive behavior of laminated plates having a dilute or moderate fiber volume fraction.     

软封装锂电池铝塑膜成形性能研究进展

目的 综述铝塑膜成形性能的影响因素和研究现状,为锂电池铝塑膜领域的科研,以及工程技术人员进行深入研究,提升产品性能提供参考。方法 首先介绍铝塑膜多层复合材料的结构、各层的作用,接着讨论冲压模具、冲压工艺以及基层材料的选择对铝塑膜成形性能的影响,并详细综述铝箔基层合金成分、微观组织和晶粒尺寸对铝箔性能的影响。结论 为了加快锂电池铝塑膜的国产化进程,未来需要加强铝塑膜对电解液耐久性的研究,同时进一步提升铝箔的成形性能,加强铝箔界面性质对铝塑复合性能和铝塑膜耐久性影响机理的研究,为增强下游用户对国产铝塑膜的信心提供理论支持。