正交铺设复合材料对称层合圆板的大挠度弯曲

本文探讨了纤维增强复合材料正交对称铺设层合圆板的大挠度弯曲问题.挠曲函数选用一项轴对称项和两项非轴对称项.应力函数由求解应变协调方程确定,用伽辽金法求解.计算表明:非轴对称主要通过薄膜力起作用,它仅对单层圆板的挠度分布有明显影响,对其挠度最大值影响不大;而对正交铺设层合圆板的影响则更小.由此可推论:对层合圆板(包括环形板)只需正交铺设各层纤维走向,其变形已趋轴对称,不必增加±45°铺设,从而简化了制作工艺过程.      

曲线纤维增强复合材料圆环板的非轴对称弯曲问题

由自动铺丝机制造的结构具有面内变刚度特征。这种由空间变化引起的刚度变化使结构的控制方程成为了变系数偏微分方程,给求解非轴对称弯曲问题带来了很大挑战,难以求解其精确解。该文基于经典板壳理论,推导了柱坐标下正交各向异性变刚度圆环板非轴对称弯曲问题的控制方程。假定刚度分别随弹性模量指数函数和曲线纤维方向角连续变化,采用加权残值法计算了周边弹性约束时复合材料圆环板的挠度。通过与精确解结果的比对,验证该方法是有效的,并有较高精度。计算结果表明曲线纤维方向角的变化将使曲线纤维增强复合材料结构的相关力学性能明显优于同等比例的直线纤维增强复合材料结构。同时,结果还表明变刚度复合材料圆环板的非轴对称挠度与其周边的约束条件、材料参数、内外半径比值、纤维方向角等密切相关。     

三边夹紧一边铰支正交各向异性矩形薄板的几何非线性分析

利用Galerkin方法分析了von-Karman型三边夹紧一边铰支正交各向异性矩形板。所设的位移函数为梁的主振型函数，它不仅能精确地满足边界条件，而且具有正交的特性，从而把复杂的非齐次非线性偏微分方程组化为一组非线性代数方程组，通过非线性方程组的线性化，用稳定化双共轭梯度法求解稀疏矩阵线性方程组以及可调节参数的修正迭代法求解非线性代数方程组。实践证明，梁的主振型函数收敛很快，只须取出级数的前几项即可满足精度要求。最后求出了不同复合材料的挠度和应力值。     

波纹夹层板线性弯曲分析的无网格伽辽金法

提出了一种求解波纹夹层板结构线性弯曲问题的无网格模型。将波纹夹层板看成两侧平板和中间波纹板核的复合结构,用正交各向异性板等效近似波纹板核。先基于一阶剪切变形理论,由无网格伽辽金法建立各板的刚度方程,再通过位移协调条件将各板刚度方程叠加,以得到整体刚度方程。采用全转换法处理位移边界。算例表明：该文所提出的无网格模型分析波...     

分布载荷作用下简支功能梯度夹层板的弯曲分析

研究了四边简支具有功能梯度芯材的夹层板在分布载荷作用下的弯曲问题。基于Reissner假设, 根据功能梯度材料的本构方程得出了应力、位移及内力的表达式, 得到功能梯度夹层板的平衡方程; 针对四边简支的边界条件, 通过将挠度 w 与横向剪力 Q_x、Q_y 用双三角级数展开的方法, 求解平衡方程。采用本文方法分别求解了均布载荷作用下、芯材弹性模量线性变化的功能梯度夹层板与芯材为均质各向同性材料的夹层板的弯曲挠度, 并通过与经典解及有限元解进行比较, 证明了本文方法的正确性。     

矩形板的中等大挠度两邻边铰支两邻边夹紧正交各向异性

利用Galerkin方法分析了von-Karman型两邻边铰支两邻边夹紧正交各向异性矩形板。所设的位移函数为梁振动函数,它不仅能精确地满足边界条件,而且具有正交的特性,从而把复杂的非齐次非线性偏微分方程组化为一组非线性代数方程组。通过非线性方程组的线性化和可调节参数的修正迭代解法找出问题的解。实践证明,梁振动函数的收敛很快,只须取出级数的前几项即可满足精度要求。最后求出了不同复合材料的挠度和应力值。      

正交各向异性孔板的材料参数识别

结合优化技术和边界元分析,针对正交各向异性孔板进行了材料参数的识别。材料参数识别的问题转化为极小化目标函数的问题,其中目标函数定义为测量位移与边界元计算相应的位移之差的平方和。采用Levenberg-Marquardt方法解极小化目标函数的问题,其中灵敏度的计算是基于离散的边界元代数矩阵方程对识别材料参数的求导。数值算例中,首先把边界元计算正交各向异性圆孔方板位移的结果与解析解进行比较,两者符合良好;然后采用本文提出的方法识别正交各向异性圆孔方板的材料参数。数值算例表明本文提出的方法是有效的。     

有限宽度和椭圆孔形状对缺口层合板强度预测的影响

本文采用有限元方法对正交各向异性材料含有不同椭圆孔形状的有限宽度板作了分析,给出了有限宽度和椭圆孔形状对应力集中因子K₁和孔边应力分布σ_y(x,0)的影响公式。数值结果表明:正交各向异性板的有限宽度和椭圆孔形状对K_r和σ_y(x,0)的影响均与各向同性材料不同,所以有限宽度和椭圆孔形状将对缺口层合板强度的预测产生影响。      

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。      

基于格林函数正交各向异性切口板自由振动特性分析

正交异性板因重量轻、承载能力强等优点而被广泛运用于工程结构。基于格林函数,结合新兴的近场动力学微分算子(peridynamic differential operator, PDDO),提出一种分析正交各向异性板自由振动特性的方法。首先,将振动控制方程中的位移函数假设为含格林函数的一阶积分形式;其次,将线性四阶偏微分方程分别在切口板的径向和周向离散成代数方程;最后,通过PDDO构造插值函数表示径向和周向非公共离散点位移,建立自由振动广义特征方程,获得正交各向异性切口板自振频率及振型,证明了该方法的准确性,并分析切口几何参数对结构振动特性的影响规律,为板壳结构设计提供支撑。     

双模量复合材料层板的大挠度分析

本文用动力松弛法(DRM)分析了双模量复合材料层板的大挠度弯曲问题。文中介绍了求解该问题的主要公式和步骤;对轻度双模量材料及高度双模量材料的两层正交铺层矩形板在正弦载荷和均匀载荷作用下的挠度和内力进行了数值计算,并把其结果与小挠度结果及单模量结果做了比较,讨论了大挠度分析的必要性及模量性质对大挠度分析的影响。      

Nonlinear analysis of laminated,antisymmetric, flat plates subjected to eccentric compression

A nonlinear analysis of simply supported, antisymmetric, angle-ply rectangular plates under uniform axial compression is presented. The solution is based on von Karman's equations for large deflections. A double Fourier series solution is assumed for both the stress function and the transverse deflection. Numerical results are obtained for plates made of graphite/epoxy. Results obtained for square plates are compared favorably with those obtained by a different solution scheme. The effect of plate aspect ratio and the effect of load eccentricity on the response characteristics of the plate are investigated. In some of the studies the number of layers is varied.     

Large deflection behavior of functionally graded plates under pressure loads

Large deflection analysis of rectangular functionally graded plates is studied in this paper. It is assumed that the mechanical properties of the plate, graded through the thickness, are described by a simple power law distribution in terms of the volume fractions of constituents. The plate is assumed to be under pressure load. The fundamental equations for rectangular plates of FGM are obtained using the Von-Karman theory for large deflection and the solution is obtained by minimization of the total potential energy. Numerical results for rectangular functionally graded plates are given in dimensionless graphical forms. The effects of material properties on the stress field through the thickness are determined and discussed.     

Mathematical analysis of flexural vibrations of inhomogeneous rectangular plates and beams subjected to cyclic loadings of temperature change and external force

Flexural vibrations of rectangular plates and beams which consist of functionally inhomogeneous materials due to cyclic loadings of external force and temperature change are analyzed mathematically. Effects of aspect ratio of rectangular plates and loading frequency on the interference between the flexural vibration due to cyclic loading and that due to cyclic heating are discussed. The amplification factor in the dynamic behavior to the quasi-static one is also studied. Especially, comparing transient responses in flexural vibration of rectangular plates with those of beams, the difference in the amplifications of out-of-plane deflection and stresses between plates and beams is discussed.     

弹性基础上夹层圆板大挠度问题的精确解

到目前为止,弹性基础上夹层板大挠度问题的研究尚未见报道。本文用幂级数求解,碍到了弹性基础上轴对称夹层圆板大挠度问题的精确解,并进行了大量数值计算,列出了有关图表,可供工程设计参考。     

各向异性反对称角铺设层合板的非线性弯曲强迫振动分析

笔者以具有代表性的各向异性复合材料反对称角铺设层合板为例,对其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在内的全解析过程分析.得到各向异性反对称角铺设层合板在各种级别荷载作用下的幅-频关系,以及层合板结构铺设层数的变化对非线性弯曲强迫振动幅-频关系的影响,所求得的解析形式的结果保证了结果的可靠性以及由此所推得的结论的代表性.本文工作无疑是复合材料层合板非线性动力问题的一个有意义的尝试,它们对于以后探讨各向异性层合板其它方面的非线性动力问题具有一定的意义.      

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。      

复合材料层板的拟协调罚单元*

本文在文献提出的多变量拟协调元和罚函数相结合的方法基础上构造了考慮耦合和剪切效应的十五自由度三角形层合板单元。此单元适用于薄和中厚层合板的强度分析,具有收敛和应用范围广的优点。文中以各向同性和复合材料层合板多组数例证明了该单元的有效性,同时还讨论了跨厚比L/h和弹性模量比E₁/E₂与剪切效应的关系,得出了一些有意义的结论。     

高温对钢纤维-聚乙烯醇纤维-CaCO3晶须多尺度纤维/水泥复合材料弯曲性能和微观结构的影响

为促进钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维-CaCO₃晶须(CW)多尺度纤维/水泥复合材料的工程应用,考察其抗火耐高温性能,本文研究了SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料高温后的弯曲性能及其微观结构。研究发现:随温度升高,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲强度总体下降,但在500℃以下时下降缓慢,CW掺量为3vol%的SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲强度有所提高;800℃及以上时,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料的弯曲强度急剧下降。采用JSCE SF4规定的等效弯曲强度评价弯曲韧性。随温度升高,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料的等效弯曲强度逐渐降低,500℃以下时掺加CW显著增强了SF对裂缝的控制能力,其中小挠度阶段的作用效果优于大挠度阶段。800℃以上时,等效弯曲强度急剧下降,其中大挠度阶段下降更为显著。借助数码相机、光学显微镜和SEM进行多尺度观测,揭示了高温对SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲性能影响的微观机制。      

边界元法在薄板大挠度弯曲问题中的应用

本文提出一个用边界元法求解薄板大挠度弯曲问题的新途径。利用此方法计算了部分算例,其中圆板、椭圆板的计算结果与现有文献的结果进行了比较,证明了本方法是十分满意的。对于椭圆板,其结果比W.A.Nash得到的结果更接近试验值。本文还首次计算了正三角形及半圆形、半椭圆形板的大挠度弯曲问题,这些问题还尚未见到任何文献讨论过。