对称层合折板结构自由振动分析的移动最小二乘无网格法

提出了一种求解对称层合折板结构自由振动问题的移动最小二乘无网格法。以作者提出的折板无网格模型为基础,将对称层合折板结构视为由不同平面上对称层合板组成的复合结构。先基于一阶剪切变形理论,由移动最小二乘近似推导出各对称层合板的刚度和质量矩阵,再利用板与板间的位移协调条件,将各板的刚度和质量矩阵叠加得到整个结构的刚度和质量矩阵,推导出描述层合折板结构自由振动行为的控制方程。文末算例表明由本文方法得到的解与采用壳单元得到的ANSYS有限元解吻合良好,证明了本文方法的准确性。     

加肋板自由振动的移动最小二乘无单元分析

基于移动最小二乘近似,提出一种分析加肋板结构自由振动行为的无网格方法。将加肋板视为平板和肋条的集合,以梁模型来模拟肋条。从板和肋条位移场的移动最小二乘近似出发,先分别建立板和肋条自由振动情况下的势能泛函,再通过引入板和肋条之间的位移协调关系,将两者的势能叠加,建立描述整个加肋板自由振动行为的控制方程。本文方法的无网格特性让肋条可以配置在板上的任意位置,而肋条位置的改变也不会像有限元那样导致板网格的重构,应用于加肋板的优化设计中可极大的减轻分析负担。文末通过算例将本文方法解与ANSYS软件给出的有限元解及现有文献结果比较,验证本文方法的准确性     

平行四边形加肋板自由振动分析的无网格法

基于一阶剪切理论,提出一种求解平行四边形加肋板自由振动问题的无网格法,通过用一系列点来离散平板及肋条,得到加肋板的无网格模型。基于一阶剪切理论及移动最小二乘近似求出位移场,以梁模拟肋条,求出平行四边形加肋板总动能及总势能。再由Hamilton原理导出加肋板自由振动的控制方程,采用完全转换法引入边界条件,求解方程得出结构自振频率。以不同参数的加肋板为例,将该文解与ABAQUS有限元解进行比较分析。研究表明,该方法能有效地分析平行四边形加肋板自由振动问题,在肋条位置改变时,又避免了网格重构。     

基于一阶剪切变形理论和移动最小二乘近似的加肋板屈曲临界荷载求解

针对加肋板屈曲临界荷载的求解,提出了一种基于一阶剪切变形理论和移动最小二乘近似的无网格方法。该方法将加肋板的肋条和平板分开考虑,肋条用梁模型来模拟,按照一阶剪切变形理论和移动最小二乘近似给出平板和肋条的无网格近似位移场,再利用板和肋条交界上的位移协调条件推导出将肋条的节点参数转换成板节点参数的公式,最后通过转换公式,将板和肋条的势能叠加,由最小势能原理得到描述整个加肋板线性屈曲行为的控制方程。该文方法相对有限元的优势在于加肋板肋条不必沿网格线布置,即使肋条位置改变也不需要网格重构。文末通过几个算例比较了该文方法解和采用实体单元的ANSYS 有限元解,两者较为接近,证明了该文方法的准确性。     

弹性地基圆形加肋板静力弯曲及弯曲自由振动分析的无网格法

基于一阶剪切理论和移动最小二乘法,提出分析弹性地基圆形加肋板线性弯曲的静力和自由振动问题的无网格方法.对弹性地基采用Winkler地基模型,对圆形加肋板则将平板和肋条分开考虑,通过位移协调条件建立两者的参数转换方程.平板和肋条均采用一系列点来离散,用移动最小二乘法建立的形函数来分别描述两者的位移场,再分别通过最小势能原...     

四边简支条件下正交各向异性蜂窝夹层板的固有特性分析

以四边简支正交各向异性矩形蜂窝夹层板为研究对象,应用Reissner-Mindlin夹层板剪切理论,在考虑横向剪切变形的基础上,给出了一种将夹层板弯曲控制方程组化为仅含一个位移函数的单一方程的方法,从而获得了四边简支条件下矩形蜂窝夹层板弯曲振动固有频率的精确解,理论结果与数值结果和实验结果取得很好的一致,验证了本文方法的合理性;在此基础上研究了面板、芯层的各项结构和材料设计参数对夹层板其固有频率的影响,并对各设计参数对夹层板固有频率的调控机理进行了分析。研究结果对蜂窝夹层板的结构设计和工程应用具有指导意义。     

弹性地基圆形加肋板静力弯曲及弯曲自由振动分析的无网格法EI北大核心CSCD

基于一阶剪切理论和移动最小二乘法,提出分析弹性地基圆形加肋板线性弯曲的静力和自由振动问题的无网格方法。对弹性地基采用Winkler地基模型,对圆形加肋板则将平板和肋条分开考虑,通过位移协调条件建立两者的参数转换方程。平板和肋条均采用一系列点来离散,用移动最小二乘法建立的形函数来分别描述两者的位移场,再分别通过最小势能原理和Hamilton原理导出弹性地基的静力弯曲和弯曲自由振动控制方程,最后采用完全转换法处理边界条件。以一系列不同基床系数、荷载、边界、肋条布置方式的弹性地基圆形加肋板为例,研究所提出方法的收敛性和稳定性,并将计算结果与有限元、文献结果对比。研究表明该方法可以有效分析弹性地基圆形加肋板线性弯曲的静力和自由振动问题,且肋条位置改变时,可避免网格重构。     

复合材料夹层板振动分析的精化锯齿理论和三角形板单元

基于精化锯齿理论,构造了六节点三角形协调板单元并推导了夹层板自由振动问题有限元列式。不同于已有锯齿理论,精化锯齿理论特点是面内位移不含有横向位移一阶导数,构造有限元时仅需要C0 插值函数。为验证单元性能,分析了软核夹层板自由振动问题。结果表明,该文构造的单元能准确计算软核夹层板固有频率,然而基于已有锯齿理论建立的不协调元计算结果精度较低。     

水下冲击载荷下波纹夹层结构动态响应特性分析

为了探讨波纹芯层夹层结构在水下爆炸冲击波作用下的动态响应特性和抗冲击防护能力,首先基于非药式水下冲击波加载试验,结合显示动力学软件对水下结构抗冲击解耦算法的有效性进行了验证。进而利用该算法对波纹夹层板在水下冲击作用下的动态响应进行了研究,得到了波纹夹层结构气背面板塑性变形与冲击波强度间的关系,同时比较分析了波纹夹层板与格栅夹层板及单层板的抗冲击性能。研究结果表明:具有相同面密度的夹层板抗冲击能力高于单层板,其中波纹型夹层板的抗冲击防护能力优于格栅夹层板,抗冲击性能相对于单层板提高了82.45%。     

结构参数对CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板低速冲击性能的影响

针对碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）蒙皮-铝蜂窝夹层结构,使用半球头式落锤冲击试验平台进行了低速冲击载荷下蜂窝芯单元尺寸对夹层板冲击性能影响的试验探究,并基于渐进损伤模型、内聚力模型和三维Hashin失效准则,在有限元仿真软件ABAQUS中建立了含蒙皮、蜂窝芯、胶层的CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板精细化低速冲击仿真模型,仿真结果与试验结果吻合较好。利用该数值模型进一步探究了蜂窝芯高度、蒙皮厚度和蜂窝芯壁厚等结构参数对于蜂窝夹层板低速冲击吸能效果的影响。结果表明:增大铝蜂窝芯的单元边长,会减小蜂窝夹层板的刚度,提升夹层板的吸能效果;芯层高度对夹层板的刚度及抗低速冲击性能影响较小;增大蜂窝夹层板的蒙皮厚度,可以提高夹层板的刚度,但会降低夹层板的吸能效果;增大蜂窝芯的壁厚,可以提高夹层板的刚度和抗低速冲击性能。      

Quasi-isotropic bending responses of metallic sandwich plates with bi-directionally corrugated cores

In order to reduce anisotropic behaviors of sandwich plates with open channel cores under the bending load, bi-directionally corrugated cores were introduced. Bi-directionally corrugated core has two additional design parameters related with a corrugation pass than uni-directionally corrugated core, so that its properties with respect to core orientations can be controlled. Sandwich plate with bi-directionally corrugated core is designed optimally so that beam buckling of face sheets is reduced drastically and anisotropic buckling behavior in the face sheets is minimized. The cores fabricated by a sectional forming process were bonded with face sheets by adhesive bonding. Three-point bending experiments were carried out with respect to core orientations. It has been shown from the experiments that sandwich plates with bi-directionally corrugated cores exhibit quasi-isotopic bending behaviors and structural performances in sandwich plates.     

不同边界条件下波纹夹芯板的自由振动特性

波纹夹芯板作为一种特殊的复合材料结构,边界条件对其振动特性有重要影响。根据不同剪切方式下的剪切变形理论和基尔霍夫经典板理论(CLPT),利用Hamilton原理建立波纹夹芯板的动力学方程。其中,波纹芯层等效成各向异性均质体。根据四边简支、四边固支、对边简支和固支、一边固支三边简支的边界条件,推导出位移形式的偏微分动力学方程。求解得到波纹夹芯板在不同边界条件下自由振动的固有频率,与有限元仿真结果进行对比,验证了理论结果的正确性。在此基础上,基于指数剪切变形理论(ESDT),分析了不同边界条件下波纹夹芯板的基频随材料参数和结构几何参数的变化规律。结果表明,材料和几何参数对不同边界条件下波纹夹芯板的振动特性有重要影响。相关研究结果将对波纹夹芯板在工程应用中的减振设计及优化分析提供一定的理论依据。      

基于谱元法的加筋双层板声透射分析

首先应用谱元法(SEM)建立简支加筋双层板结构在简谐平面声波激励下的振动响应分析模型,将所得结果与有限元法(FEM)计算结果对比,表明谱元法(SEM)在求解该类问题时具有精度高和求解速度快的优点。然后应用Rayleigh积分求解加筋双层板结构路径传声的透射声功率。在筋板截面面积不变的约束条件下,研究筋板倾角与面板间距在声波正入射情况下对透射侧面板辐射声功率的影响。结果表明:筋板倾角越大,加筋双层板的透射声功率越小;在倾角小于22o的情况下,隔声性能随着面板间距的减小而提高。分析结果对加筋双层板的结构设计与隔声优化具有一定的指导意义。     

纸瓦楞夹层板的压缩变形与塑性吸能特性研究

目的研究在不同压缩速率下纸瓦楞夹层板的压缩变形与塑性吸能特性。方法利用Hoff夹层板、正交各向异性弹性薄板理论和工程梁理论,研究瓦楞夹层板的横向压缩位移,分析瓦楞芯层的压缩变形模式及塑性吸能特性,提出芯层结构的压溃强度模型,并通过静态压缩实验进行对比分析。结果B型、C型纸瓦楞夹层板的压溃强度理论预测值分别为0.1195,0.0612 MPa,在1,12,18,48 mm/min的压缩速率下,B型纸瓦楞夹层板的压溃强度分别为0.1011,0.1071,0.1048,0.1075 MPa,C型纸瓦楞夹层板的压溃强度分别为0.0462,0.0640,0.0475,0.0451 MPa。结论低应变率(低压缩率)条件下,纸瓦楞夹层板的横向压缩性能影响基本不变,弹性强度、屈服强度、压溃强度等基本相同。对于相同的材质,几何参数对纸瓦楞夹层板的压缩性能和塑性吸能影响较大。     

考虑芯层横向变形的粘弹性复合材料夹层板结构的声振特性分析

夹层板结构具有很高的比强度和比刚度。若芯层采用粘弹性阻尼材料，夹层板结构还具有良好的隔振和隔声特性，因此在工程结构中得到广泛应用。以往的夹层板理论大多忽略了芯层的横向正应变和横向正应力，在分析芯层较厚的夹层板或者夹层结构的高频振动问题时由于不能体现芯层的横向压缩变形，往往显得不够合理。针对这一不足，构造了一个复合材料夹层板单元：夹层板的上下面板采用基于一阶剪切变形理论的Mindlin假定以及层合板理论进行分析；采用文献[6，7]中提出的Timoshenko层合厚梁理论构造了单元每边的转角和剪应变场，消除了Mindlin板单元当板厚变小时的剪切锁死问题；假定芯层的位移沿厚度方向线性变化，并用上下面板的自由度表示，最终形成以上下面板自由度表示的系统总的运动方程。该单元不仅考虑了芯层的横向剪切变形，还考虑了芯层的横向压缩变形。数值计算结果表明：无论对于静力问题、动力问题还是声辐射等问题，考虑芯层的横向压缩变形是合理的，也是有必要的。     

Thermal buckling of various types of FGM sandwich plates

The sinusoidal shear deformation plate theory is used to study the thermal buckling of functionally graded material (FGM) sandwich plates. This theory includes the shear deformation and contains the higher- and first-order shear deformation theories and classical plate theory as special cases. Material properties and thermal expansion coefficient of the sandwich plate faces are assumed to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. Several kinds of symmetric sandwich plates are presented. Stability equations of FGM sandwich plates include the thermal effects. The thermal loads are assumed to be uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. Numerical examples cover the effects of the gradient index, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio, loading type and sandwich plate type on the critical buckling for sandwich plates.     

不同铺层方式下连续玻璃纤维/聚丙烯复合材料波纹夹芯板的力学性能

制备了多种铺层方式的连续玻璃纤维/聚丙烯（GF/PP）复合材料波纹夹芯板,并研究了GF/PP复合材料波纹夹芯板的平压性能和弯曲性能。结果显示:面板相同时,增加芯板厚度可大大增加夹芯板整体的平压性能;芯板相同时,面板的铺层方式对夹芯板的平压性能有一定影响,且面板含有0°和90°铺层的波纹夹芯板具有最高的平压模量,为59.55 MPa,而单纯增加面板厚度对提升波纹夹芯板的平压性能影响不大;面板铺层方式对弯曲性能具有较大影响,面板为0°铺层的波纹夹芯板具有最高的横向弯曲模量,为783.66 MPa,面板为90°铺层的波纹夹芯板具有最高的纵向弯曲模量,为732.09 MPa;面板为单向铺层（0°或90°铺层）时,会使夹芯板另一方向（纵向或横向）的弯曲性能形成短板。      

Precise bending stress analysis of corrugated-core,honeycomb-core and X-core sandwich panels

A semi-analytical method for bending analysis of corrugated-core, honeycomb-core and X-core sandwich panels is presented. The real displacement of sandwich panels is divided into the global displacement field and local displacement field. The discrete geometric nature of the core is taken into account by treating the core sheets as beams and the sandwich panel as composite structure of plates and beams with proper displacement compatibility. In the global displacement field, the governing equations of these sandwich panels are derived using energy variation principle and solved by employing Fourier series and the Galerkin approach. In the local displacement field, the face sheets under external loads are taken as a multi-span thin plate and the local bending response are then computed. Then the real bending responses are obtained by superposing these bending responses calculated in the two displacement fields and the structural stress fluctuation can be captured. Results from the proposed method agree well with available results in the literature and those from detailed finite element analysis. Furthermore, the mechanical properties of the three kinds of sandwich panels have been compared.     

变厚度夹层环形板的非线性弯曲

本文对具有变厚度的夹层环形板大挠度弯曲问题进行研究。利用变分原理导出表层和夹心均为变厚度的夹层环形板大挠度弯曲问题的控制方程和边界条件,进一步给出表层和夹心均为双曲型变厚度的夹层环形板大挠度方程,采用摄动法求得了具有双曲型变厚度夹层环形板在外边缘为可移夹紧固定、内边缘与一刚性中心固结情况下非线性弯曲问题的渐近解,得到内边缘处无量纲挠度与无量纲载荷和无量纲应力的解析表达式,并讨论几何参数和物理参数对夹层环板弯曲的影响。     

纤维增强复合材料三明治板的破片穿甲实验

研究了钢板-纤维增强复合材料板-钢板构成的三明治结构对破片的防护性能。通过破片模拟弹丸(FSP)高速撞击不同结构三明治板实验, 获得FSP弹丸贯穿16种三明治板的弹道极限, 分析结构特征对纤维增强复合材料三明治板比吸收能的影响。结果表明, 叠层芳纶、玻纤基三明治板较单层结构三明治板比吸收能分别提高了8.31%和16.09%, 8 mm面板+8 mm夹层+6 mm背板芳纶、玻纤基三明治板较4 mm面板+8 mm夹层+10 mm背板的芳纶、玻纤基三明治板比吸收能分别提高了37.72%和25.35%; 芳纶、玻纤基三明治板的比吸收能均随复合材料夹层厚度的增加呈指数递增, 夹层基板的抗拉性能是影响三明治板比吸收能的重要因素; 同面密度下, 厚面板、薄背板及多层叠合夹层结构的三明治板具有更高的比吸收能。