复合材料层合板智能结构主动振动控制的边界元法

利用边界元法模拟智能结构的振动控制，推导出具有压电传感器及致动器的复合材料层合板的边界积分方程，应用负速度反馈控制律，研究了复合材料层合板智能结构主动振动控制问题，算例分析证明该方程的正确性。     

动载荷作用下壳体的结构声强分析

结构声强矢量图直观地给出了壳体表面各点能量传输的分布特性。首先推导了壳体局部坐标下的结构声强计算公式,应用坐标转换得到了结构声强的全局坐标表达式,用有限元计算了筒体和板壳组合结构的结构声强,并绘制出了矢量图。结果表明用有限元法对各种壳体的结构声强进行分析是十分有效的。     

提高背景噪声下结构辐射声强测量精度的研究

背景噪声存在会引起薄壁结构表面辐射声强和声功率的测量误差。将探头屏蔽起来是降低这一误差的方法之一。本文分别对两种声屏蔽罩和局部声屏蔽空间进行了研究。结果表明,屏蔽罩虽然使用方便,但对薄壁结构表面声辐射这类抗性很强的声场.它的放入将破坏局部声场,引起测量的偏度误差,不宜采用。就本身声学特性来说.吸声材料构成实心锥的声屏蔽罩明显优于空心锥形的.在被测声场抗性不强的情况下可以采用。本文提出的局部声屏蔽空间解决了声屏罩引起的问题,当背景噪声的总声压级比信号的总声压级高出10dB时,总声强的测量误差低于1dB,声强细谱的误差小于2dB,有效地抑制了背景噪声引起的声强测量误差。     

多分层对复合材料层合板自振特性的影响

基于Mindlin一阶剪切理论分项等参插值的有限元法, 建立了含多个分层损伤复合材料层合板自由振动分析的有限元模型和分析方法, 并采用线性接触模型模拟分层区域上、 下子板的相互作用。通过典型数值算例, 讨论了分层位置、 数目及板的边界条件诸参数对其振动特性的影响。结果表明: 分层位置沿板长方向变化时, 中间分层的频率变化范围较大, 表面分层变化较小, 但变化趋势基本相同; 沿层合板厚度方向, 多分层中最长分层的位置越靠近层合板中面, 则其对振动特性的影响越大; 多个分层位置较靠近层合板表面, 且板边界条件约束较弱时, 多分层与单分层对振动特性影响的差别不大, 此时, 可将多分层损伤层合板简化为单分层损伤层合板来进行振动分析。      

加筋复合材料层合板的自由振动特性与优化

该研究运用层合板理论对纵横双向加筋复合材料层合板的自由振动问题进行了理论研究.基于Kirchhoff-Love假设和复合材料结构力学,推导了层合板的本构方程,运用热力学第二定律和瑞利-里兹法建立了四边简支加筋层合板自由振动固有频率的特征方程.通过编写MATLAB软件程序,分析了加筋数目和加筋横截面几何参数的改变对加筋层...     

基于超弹性特性的SMA复合材料层合板低速冲击损伤数值模拟方法

基于ABAQUS有限元软件结合VC++6.0程序设计,建立了含不同铺层角度、不同排列密度形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料层合板有限元模型。将基于Brinson本构模型的SMA分段线性超弹性模型以及判断复合材料层内失效的三维HASHIN失效准则编译至ABAQUS/VUMAT子程序,使用界面单元模拟复合材料层间区域,建立了SMA复合材料层合板的低速冲击损伤及冲击后剩余强度数值模拟方法。对比了不含SMA纤维层合板、含SMA纤维层合板、含普通金属丝层合板在不同冲击能量下的损伤响应。进一步分析了SMA纤维体积分数和直径变化对冲击响应的影响。冲击后剩余压缩强度模拟结果表明:冲击能量为16J时,含体积分数25%、直径0.5mm的SMA纤维层合板的冲击后剩余压缩强度相比不含SMA纤维层合板提高5.78%、相比含普通金属丝层合板提高4.69%。随着SMA纤维体积分数提高,层合板的抗低速冲击能力增强,当体积分数一定时,较细的(0.3mm)SMA纤维比粗的(0.6mm)SMA纤维对层合板的抗低速冲击能力增强效果更好。     

复合材料层合板力学性质分析及角铺设层优化设计

基于Kirchhoff经典理论,用样条有限元法以三次B样条函数构成的样条基对反对称多层角铺设层合板的三个独立位移进行插值,推导了复合材料层合板刚度阵,质量阵列式,阻尼阵列式,并由Lagrange方程导出了层合板的动力学方程,通过瑞利一李兹法建立了特征方程。分析了层合板的固有频率及不同层数和不同约束条件下的基频变化等力学特性,在Kirchhoff假设的基础上,对层合板的非线性弯曲的力学特性进行了探讨。基于样条有限元法和遗传算法进行复合材料层合板的角铺设层的优化设计,数值算列验证了算法的有效性。     

推进器系统激励下水下航行器结构中功率流分布特性及优化设计研究

以小型鱼雷式AUV作为研究对象,建立了参数化有限元分析模型,分别采用解析计算方法和nastran有限元分析获得输入功率流变化规律,验证有限元模型的可靠性。后处理得到AUV脊线上特征点在全频域范围内结构声强变化及AUV形体中功率流传播规律,结合PCL语言,得到AUV中功率流等值线分布,前后呼应展现了推进器系统激励下水下机器人中功率流传播特性。最后利用FEM优化平台结合振动功率流思想优化得到AUV壳体尺寸最优解,以蛛网图的形式对比了高低频处结构声强振动幅值与波动范围,印证了此优化思想。     

含预成型孔复合材料层合板的强度分析

对生物结构的观测表明在孔口附近的纤维是连续绕过的, 已有实验证明这种绕孔结构的强度比钻孔结构有显著提高。利用迭代设计方法得到单层板绕孔方案, 在此基础上构成复合材料层合板, 并对含预成型孔层合板在面内复杂载荷作用下的强度进行了分析, 结果证实了该仿生结构具有较高的承载能力。      

体积分数随机场作用下复合材料层合板固有振动特性不确定性分析

考虑复合材料层合板中每层体积分数空间不确定性的影响,采用指数型自相关函数模拟每层体积分数同空间位置的依赖关系,结合伽辽金-里兹正交多项式逼近和K-L展开方法,研究了体积分数随机场的自相关长度特征对材料属性随机场离散精度的影响;进而通过体积分数随机场作用下复合材料层合板的随机有限元模型,研究了T300碳纤维/QY8911...     

FE Stress Analysis of Thick Composite Laminates with a Hole in Bending

In this work, the stress analysis of isotropic and ortotropic laminae both with a hole and without a hole and laminated both with a hole and without a hole composite plates have been examined using the finite element method. In order to solve the problem, a computer program has been written by using characteristics of eight-node isoparametric plane element. The calculations have been tested on various composite and steel materials by this program. The results have been shown in diagrams and tables and compared with literature. It was observed that the stress distributions in the plate with a hole was totally different from the plate without a hole. The analyses have showed that, the elastic stresses have been gradually reduced as moving from the first layer to the second.     

湿热环境下开孔复合材料层合板的强度

通过试验研究T300/5405复合材料层合板在6种湿热环境下开孔拉伸、开孔压缩的极限强度,分析了湿热环境对开孔复合材料层合板强度性能的影响,对比了不同湿热环境下材料的破坏模式。在有限元仿真方面,通过考虑湿热环境对材料刚度和强度的影响,建立了湿热条件下复合材料开孔层合板极限强度的预测方法,模拟了开孔复合材料层合板在不同湿热环境、不同载荷类型下的损伤演化全过程。有限元预测结果与试验结果的误差在20%以内,验证了该预测方法的有效性。     

Impact Damage to Composite Laminates: Effect of Impact Location

Accidental impact loading of Composite laminates during manufacture and in-service can occur in different locations including near the edge or on the edge of a composite structure. This paper describes investigation of the effect of impact to composite laminates and compares the damage arising from central, near edge and on edge impact events. The damage tolerance of impact damaged laminates using both compression and tension tests has been measured. These results reveal the different damage mechanisms arising from different locations of impact. These different damage mechanisms have been investigated using X-Ray computed tomography. Impact on the edge of composite laminates is found to lead to smaller damage area, but more fibre failure; the severity of this damage is not revealed in standard compression after impact tests.     

横向载荷下复合材料层合板疲劳分析

疲劳破坏是结构失效的主要原因之一。基于复合材料各向异性层合板的宏观力学理论,分析在横向交变载荷作用下层合板的应力场。结合材料的S-N曲线和累积损伤原理,建立局部名义应力与结构整体寿命相关联的疲劳寿命预测模型,计算层合板的疲劳损伤和寿命。采用名义应力的方法估算复合材料层合板的疲劳寿命较为便捷和直观。     

碳纤维增强复合材料含孔层合板损伤破坏分析研究进展

综述了碳纤维增强复合材料含孔层合板损伤破坏以及应力分析的研究进展，介绍了几种含孔层合板的破坏准则和分析含孔层合板损伤破坏的二维以及三维模型，展望了有待于进一步研究的问题。     

Multicontinuum Failure Analysis of Composite Structural Laminates

Damage in a composite typically begins at the constituent level and may, in fact, be limited to only one constituent in some situations. Accurate predictions of constituent damage at points in a laminate provide a genesis for progressively analyzing failure of a composite structure from start to finish. In this article we develop an efficient constituent-based failure analysis for composite structural laminates. Continuum-based (phase-averaged) constituent stress and strain fields are computed in a finite-element environment without a computational time penalty. Constituent stress-based failure criteria are developed and used to construct a progressive failure algorithm in which one constituent is allowed to fail while the other constituent remains intact, e.g., matrix cracking. The proposed failure algorithm was used to predict failure of a variety of laminates under uniaxial and biaxial loads. The results were shown to be superior to comparable single-continuum failure analyses and in good agreement with experimentally determined failure loads.     

模糊评价法表征复合材料层合板低能量冲击行为

通过模糊综合评判的方式,建立复合材料低能量冲击表面损伤与其失效的数学判据。复合材料受到冲击后的表面损伤是冲击程度最直观的表现,因此,对复合材料冲击行为的分析,应基于其表面损伤来进行。本研究选择的观测工具为超景深显微镜,观测、探究了复合材料试样受到冲击后的表面损伤情况,建立损伤程度与材料冲击门槛值之间的数值关系。经实验验证,该数值关系可以精确判断材料是否失效。同时也验证了不同厚度的复合材料,其失效时的表面损伤有某些共同特性,本文给出的判据可以在树脂基复合材料中通用。     

复合材料孔板疲劳寿命环境影响的试验研究

为研究环境因素对T300/QY8911疲劳性能的影响,开展了T300/QY8911含中心孔层压板疲劳试验.试验中分别采用无紫外无涂层试件、紫外无涂层试件、紫外有涂层试件测试其拉-拉疲劳寿命,并通过对试验结果的方差分析研究了有无涂层、紫外辐射及湿度等环境因素对T300/QY8911复合材料孔板拉-拉疲劳寿命影响的显著性.研究表明:无涂层、300MJ/m2紫外照射量时,湿度对试件疲劳寿命影响高度显著;干燥、无涂层时,有无紫外照射对试件疲劳寿命影响高度显著;湿润、600MJ/m2紫外照射量时,有无涂层对试件寿命影响显著.     

复合材料层板低速冲击后疲劳性能实验研究

通过对T300/5405复合材料层板进行低速冲击后的压-压疲劳实验,研究含不同冲击损伤层板的压缩性能与其在多级应力水平下的疲劳寿命与损伤扩展,并讨论冲击能量、应力水平、损伤扩展对层板疲劳寿命的影响。结果表明:冲击损伤明显降低层板的剩余强度;在低应水平下,冲击能量越大,含冲击损伤层板的疲劳寿命越小;疲劳实验中损伤经历平稳扩展和快速扩展两个阶段,其中平稳扩展阶段约占总体寿命的80%,快速扩展阶段约占总体寿命的20%,损伤扩展速率随着应力水平降低而减小。     

Characterization of Nonlinear Behavior in Woven Composite Laminates

Nonlinear stress–strain behavior in woven glass/epoxy laminates under off-axis tension has been investigated experimentally. The validity of an orthotropic plasticity model of such behavior, with three parameters, is discussed. The parameters have been determined from the experimental results. An attempt is also made to describe the nonlinear behavior of the woven composite as a cross-ply laminate using assumed unidirectional composite properties. The nonlinear behavior of the unidirectional laminate is assumed to be described by the one-parameter plasticity model. It is shown that there is a possibility that the one-parameter plasticity model can be used to predict the nonlinear behavior of woven composites.