零泊松比蜂窝芯等效弹性模量研究EI北大核心CSCD

采用柔性悬臂梁模型和欧拉梁模型分别对零泊松比蜂窝芯斜壁板大变形条件下的弯曲变形和蜂窝芯横壁板小变形条件下的变形进行分析,推导出了零泊松比蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式,并将理论计算结果和有限元仿真及力学模型实验进行对比分析。结果表明:理论计算公式正确、有效;零泊松比蜂窝芯大变形方向等效弹性模量具有明显的非线性特征;等效弹性模量的计算应根据受力方向及应变大小选择相应的计算公式进行计算;壁板之间的夹角θ对等效弹性模量的影响很大,零泊松比蜂窝结构参数可设计性较强。     

蜂窝夹芯板表面加工的平整度分析

蜂窝夹芯结构具有高的比强度、比刚度以及质量轻等优点,被广泛应用于航空航天领域。因此,对其进行力学特性分析具有理论研究和工程应用价值。针对卫星常用的蜂窝夹芯结构板,实验测得夹芯板的表面平整度。根据理论推导得出蜂窝夹芯结构的等效材料参数,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran进行蜂窝夹芯板的表面平整度分析。对比发现,实验结果和计算分析结果相差为5.9%,表明理论推导的可行性。根据三明治等效理论,提出建立常用规格的蜂窝的等效参数的等效系数库,便于蜂窝夹芯结构的工程应用。     

四边固支铝基蜂窝夹层板弯曲自由振动分析

基于经典叠层板理论, 将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层, 等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出, 对四边固支薄蜂窝夹层板弯曲振动的固有频率进行了理论推导, 研究了蜂窝夹层板厚度、 芯层板厚度对蜂窝夹层板固有频率的影响。同时利用有限元软件计算了相应参数下的固有频率。计算结果表明, 经典叠层板理论可以较准确的计算四边固支蜂窝夹层板的固有频率。      

简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板的自由振动

基于Reddy三阶剪切板理论,将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层,等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出,对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板弯曲振动的固有频率进行了理论推导,应用具体算例与实验值和有限元计算结果进行了验证,结果表明本文方法具有较高的计算精度。研究了板宽、板厚和芯层胞元结构参数对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板固有频率的影响,并绘出相应的曲线图,该曲线图对超椭圆蜂窝夹芯板的工程应用具有指导意义。     

四边简支新型类方形蜂窝夹层结构振动特性研究

新型类方形蜂窝是六边形蜂窝的一种过渡形式,对其等效弹性参数和振动特性的研究具有重要意义。采用改进的Gibson公式对比分析了双壁厚与等壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效弹性参数的差异,并应用经典层合板理论分析了不同等效弹性参数下2种壁厚类型的四边简支类方形蜂窝夹层结构的振动特性,基于有限元仿真技术分析了不同壁厚类方形蜂窝夹层结构的振动特性,并与理论分析结果进行对比。结果表明等效弹性参数的数值模拟结果与理论值基本吻合。在蜂窝基本结构参数相同的条件下,双壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效剪切模量、面外刚度和等效密度均比等壁厚类方形蜂窝夹芯大;在低阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的低,在高阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的高;影响夹层结构固有频率的3个主要因素所占权重由大到小依次为蜂窝夹芯yoz面等效剪切模量、蜂窝夹芯等效密度,蜂窝夹芯壁厚。研究结果表明采用经典层结构理论计算得到类方形蜂窝夹层结构的固有频率与数值仿真结果的一致性较好,这进一步证明了采用改进Gibson公式得到的类方形蜂窝夹芯等效弹性参数的正确性,同时证明了将该振动理论运用到一般蜂窝夹层结构研究的可行性,为扩展研究其他类型蜂窝夹层结构振动特性奠定了基础。     

铝蜂窝胞元结构参数对其宏观等效表征性能的影响

将均匀化理论与有限元方法相结合,建立了预测铝蜂窝宏观等效特征参数的细观力学模型,研究铝蜂窝胞元结构参数对其宏观等效表征性能的影响,并采用MATLAB语言编程,计算了不同高长比、不同厚长比及不同胞璧夹角的不规则正交各向异性蜂窝铝芯的等效弹性参数,得到了胞元结构参数对铝蜂窝宏观力学性能的影响规律,所得结果对蜂窝铝芯的结构设...     

基于响应面方法的碳纤维蜂窝板有限元模型修正

蜂窝板是一种特殊的高强度轻质复合材料,在卫星等航天器结构中应用广泛。MSC/NASTRAN和ANSYS等大型通用有限元软件中没有蜂窝结构单元库,只能用蜂窝板等效结构参数进行计算,等效过程中的简化导致有限元计算结果与试验测量值之间存在差异。基于响应面的模型修正方法可以避免每次迭代都调用有限元程序,提高计算效率。依据三明治夹芯板理论计算蜂窝芯等效结构参数,用ANSYS中的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板模型,用基于均匀设计的试验设计方法进行试验设计,获得蜂窝板在各因素和水平下的试验数据,构造二次多项式响应面,并用带变异算子的改进粒子群算法对蜂窝芯结构等效参数进行修正,修正后参数代入有限元模型,能有效改善模型计算质量。     

基于BP网络的蜂窝铝芯力学性能预测与灵敏度分析

以蜂窝铝芯几何结构参数对其面内等效性能影响为研究对象,将正交试验和均匀化理论与有限元相结合来获得数据样本,建立了蜂窝铝芯几何结构参数与其等效弹性性能参数之间复杂非线性映射关系的网络模型,并利用贝叶斯正则化算法,实现了BP神经网络对蜂窝铝芯力学性能的预测。在较少样本数据的情况,可以较高精度地预测胞元结构参数对蜂窝铝芯等效性能的影响规律。提取该BP模型中各层的权值,运用Garson算法得到各结构参数对蜂窝铝芯等效力学性能影响程度的灵敏度系数,结果表明灵敏度分析可评估结构参数对等效力学性能的影响,可为蜂窝铝芯设计提供参考。     

基于BP网络的蜂窝铝芯力学性能预测与灵敏度分析

以蜂窝铝芯几何结构参数对其面内等效性能影响为研究对象,将正交试验和均匀化理论与有限元相结合来获得数据样本,建立了蜂窝铝芯几何结构参数与其等效弹性性能参数之间复杂非线性映射关系的网络模型,并利用贝叶斯正则化算法,实现了BP神经网络对蜂窝铝芯力学性能的预测。在较少样本数据的情况,可以较高精度地预测胞元结构参数对蜂窝铝芯等效性能的影响规律。提取该BP模型中各层的权值,运用Garson算法得到各结构参数对蜂窝铝芯等效力学性能影响程度的灵敏度系数,结果表明灵敏度分析可评估结构参数对等效力学性能的影响,可为蜂窝铝芯设计提供参考。     

四边固支对称蜂窝夹层板主共振非线性动力学计算

应用同伦分析方法(HAM)研究了四边固支对称蜂窝夹层板主共振情况下的非线性动力学特性。将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层, 等效弹性参数由修正后的Gibson方程得出。基于经典叠层板理论(CPT)和几何大变形理论建立了四边固支蜂窝夹层板受横向激振力作用下的受迫振动微分方程, 通过振型正交化将蜂窝夹层板受迫振动微分方程简化成双模态下的动力学控制方程, 得到了主共振情况下的平均方程, 研究了不同结构参数对动力学特性的影响。计算结果表明, 蜂窝夹层板的幅频特性曲线类似单自由度Duffing方程响应曲线, 随着结构参数的增大, 硬特性明显加大并且振幅的峰值明显减小, 所得结论可为蜂窝夹层板的设计和实际应用提供理论依据。     

多层次等效的Mori-Tanaka法预测含空腔点阵增强芯层的等效弹性模量

提出了兼具力学和声学性能的夹层吸声复合材料-含空腔点阵增强夹芯结构;为了预测含空腔点阵增强结构芯层的等效弹性模量,建立了包含空腔、点阵增强柱和泡沫基体的三相复合材料的细观力学多层次等效数理模型,结合点阵增强柱和空腔周期性分布的特点建立代表性体积单元,利用Mori-Tanaka方法进行两次单相夹杂等效处理,获取了含空腔点阵增强芯层等效弹性模量的解析解,与试验数据和细观力学有限元法结果对比均吻合较好。采用有限元软件ANSYS建立了含空腔点阵增强夹芯结构的实际模型和等效模型,并将芯层等效模量解析结果作为等效模型芯层的材料参数,计算弯曲变形和固有频率并进行对比分析,弯曲变形位移和中低频固有频率的相对误差不超过2%,满足工程精度要求。进一步利用该等效方法,分别探讨了点阵增强柱和空腔体积比对芯层等效弹性模量的影响规律。结果表明,上述方法能较准确地预测含空腔点阵增强结构芯层的等效弹性模量,且数理模型清晰,公式简单,计算快速。     

粘性弹耗能器恢复力模型的参数影响

首先在Kelvin-Voigt本构模型基础上,修正了振动频率对粘弹性材料剪切模量,损失模量的影响函数,其次,将环境温度 和剪切应变对上述模量的影响统一归为振动频率的转化系统;最后,由热力学第一定律导出了粘弹性耗能器疲劳温升模型。     

复合材料弹性模量的等效微分计算

为计算三维随机短纤维增强复合材料的弹性模量，探讨了如何采用微分等效介质概念。结合应用无限大弹性体中的等效夹杂理论和复合材料弹性模量求解中的自恰方案，建立起计算短纤维增强复合材料弹性模量的微分计算格式。然后通过数值求解非线性耦合微分方程组计算了短纤维增强复合材料的总体弹性模量。     

考虑温度对于弹模影响效应的大体积混凝土施工期应力计算

阐述了水泥水化反应遵循物理化学反应中Arrhenius方程的规律,用“等效龄期”的概念考查了温度对于混凝土弹性模量的影响,进行了某碾压混凝土拱坝施工期温度场的计算,并利用该温度场及“等效龄期”进行了应力场的计算,该应力计算中包含了温度及自重徐变应力。对比了20℃定温下弹模变化的应力场。考虑温度对于混凝土弹模影响的计算结果是趋于危险情况的。     

短纤维交错排布复合材料沿轴等效模量的理论预测

该文针对高性能短纤维交错排布复合材料的刚度预测发展了三维"拉伸-剪切链"模型,并通过了有限元(FEM)计算验证,能够合理地预测短纤维交错排布复合材料的等效模量。验证结果显示,对于纤维长细比的变化、纤维体积含量的变化、纤维和基体间弹性模量比的变化,三维"拉伸-剪切链"模型都可以给出合理的预测,为短纤维交错排布复合材料的刚度设计提供了理论指导和参考依据。研究还显示,同样纤维体积含量和长细比下短纤维交错排布复合材料的等效模量远大于短纤维对齐排布的等效模量,说明了短纤维交错排布结构的优越性。     

考虑频率参数协调的频率相关等效线性化方法

基于土动力试验呈现出的土体动参数频率相关特性,结合一维等效线性化理论,建立了能够考虑动三轴或共振柱测试频率Rf和波速测试频率f（v_s）相协调的频率相关等效线性化方法。首先,基于国内外不同学者的试验结果,回归建立了土体剪切模量-频率和阻尼比-频率关系式,推导得到了规准化频率相关土体剪切模量比和阻尼比随剪应变变化关系式;其次,对频率无关等效线性化方法进行了改进,传递函数采用频率相关的剪切模量和阻尼比,建立了频率相关的等效线性化方法;最后,采用频率相关和频率无关等效线性化方法,分别对单层覆盖层均质线性场地和单层覆盖层非线性场地进行了不同工况下的土层地震反应分析计算,计算结果表明:1）试验室土动力性能参数测试频率Rf对地震响应影响较大,波速测试频率f（v_s）影响较小;2）采用动三轴试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果略低于频率无关方法结果。采用共振柱试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果大幅高于频率无关方法结果。     

细观夹杂理论预测湿态混凝土抗压强度

采用复合材料细观力学方法,探讨各种组分不同体分比、不同孔隙率及不同饱和度情况对湿态混凝土力学性能的影响。混凝土材料各相组分包括:粗骨料、水泥砂浆、活性孔隙和非活性孔隙,其中活性孔隙湿态情况下将由自由水填充。将两类孔隙和水泥砂浆作为等效基体,粗骨料作为硬化夹杂,基于等效夹杂理论和Mori-Tanaka平均场的思想建立了一类双重夹杂模型。并结合细观断裂力学方法建立了综合考虑多种因素的统一的混凝土单轴压缩强度公式,通过参数分析反映各种因素对材料抗压强度的影响。理论分析结果表明:混凝土强度由骨料或水泥砂浆基体中较弱的一相所控制;与干燥混凝土相比,孔隙水的存在将导致湿态混凝土抗压强度降低;理论结果与试验观测现象相一致。     

Effect of Poisson's Ratio on the Limiting Stressed State of a Coating

We present relations for the calculation of equivalent stresses in a coating. Plots of equivalent stresses against the difference in Poisson's ratio between the substrate and the coating have been constructed. It has been shown that the calculated curves give a good fit to the magnitudes of the maximum normal and equivalent stresses for different coatings. Analysis of the results obtained shows that it is necessary to take into account the effect of Poisson's ratio of the coating on the equivalent stresses and, accordingly, on the limiting stressed state of the coating in the strength analysis of coated structural elements and in the experimental determination of cohesive strength in laboratory tests. When designing coated structural elements, one should seek the combination of the elastic properties of the substrate and coating at which the magnitude of the equivalent stresses in the coating achieves its minimum value.     

测量生物组织等效杨氏模量的毫米压痕仪

生物组织的弹性是诊断其是否发生病变的重要依据,杨氏模量是反映组织弹性的重要参数。以Labview为软件平台结合数据采集和运动控制等硬件设备,研制了一套测量弹性模量的毫米压痕弹性仪。以市购冷鲜牛肉、猪肉、猪肝和猪肾为试样,测量了球形压头向试样施加的负载力和对应的试样压痕深度,在对测量数据进行校准的基础上,利用基于赫兹接触力学模型的压头半径R、作用力F、压痕深度δ与试样等效杨氏模量E~*间的解析关系,得到各试样的等效杨氏模量。实验结果表明,测得的组织试样等效杨氏模量数值与文献基本相符,所设计的毫米级压痕法测试装置可用于生物组织等效杨氏模量的检测。     

考虑界面影响的混凝土弹性模量的数值预测

提出了一种考虑界面过渡层影响的混凝土弹性模量的数值预测方法。将球形骨料与包裹它的界面过渡层作为二相复合球结构的等效颗粒,由广义自洽方法计算不同粒径骨料与界面过渡层组成复合球的有效模量。然后由等效颗粒生成的随机骨料模型建立体积表征单元,施加均匀位移边界条件,通过数值方法计算该体积表征单元中的应力和应变场,由细观力学数值均匀化方法预测体积表征单元的有效弹性模量。计算结果表明:对于不同骨料含量的混凝土,有效弹性模量的预测值与试验值非常接近,界面过渡层的厚度对混凝土的整体弹性性质有较大影响。