复合材料大变形任意加筋壳单元

构造了用于复合材料偏心加筋壳形结构大变形分析的任意加筋壳单元。在此模型中,肋骨连同壳的整体被视为一个单元偏心加筋壳单元。肋骨可放在壳单元内的任意位置和任意方向。所构造单元的特点是在网格划分时,可不必考虑肋骨的位置,这就给网格划分带来了很大的灵活性。在壳和肋骨的方程中,引用Von-Karman大变形理论计及几何非线性的影响,按照Mindlin-Reissner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。     

偏心加筋板大变形梁板单元

给出了偏心加筋板大变形分析的理论公式和相应的梁板单元模型,在肋骨和板的运动中引用ＶｏｎＫａｒｍａｎ变形方程;按照Ｍｉｎｄｌｉｎ板理论计及横向剪切变形的影响;对横向剪应变和薄膜应变重新插值修正克服Ｍｉｎｄｌｉｎ型单元在薄板应用时的“锁定”行为,此模型可适合于薄板和厚板的非线性分析。     

一种分析AGS结构的三角形加筋板壳单元

基于精细三角形Mindlin板单元构造了21个自由度三角形复合材料加筋板壳单元。在该单元构造过程中,考虑了肋骨弯曲、扭转、面内剪切和横向剪切变形的影响;由于肋骨和蒙皮的位移插值函数采用了相同的形函数,保证了两者变形的协调性,同时又放松了肋骨转动的约束,故与传统的板单元相比,能较好地反映了蒙皮和肋骨的变形特征。在此单元中,肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网格剖分带来了很大的便利。算例结果验证了单元的有效性,特别是在分析高肋结构时,显示出其比传统加筋板单元具有更高精度的优点。还以一典型的先进复合材料等格栅加筋板(AGS)为例,讨论了该结构弯曲变形的力学特性。     

用于AGS结构分析的混合法

结合均匀化模型和加筋单元模型构造了一种混合模型用来分析复合材料格栅加筋板/壳结构（AGS）。所构造的加筋单元模型是一种高性能协调转角独立加筋板壳单元,保持了肋骨和蒙皮位移场的协调性,同时还满足肋骨和蒙皮具有独立转动条件,该单元中肋骨的方向和位置任意。混合法具有精度高、速度快等特点。通过典型算例讨论了肋骨间距和高度对均匀化模型计算结果精度的影响,通过对带孔复合材料AGS板孔边特殊点应力值的分析证明了混合法的有效性。      

复合材料加筋板的大变形有限元分析

本文将考虑横向剪切变形的Mindlin's理论应用于复合材料加筋板的大变形分析,在Total-Lagrange坐标系下推导了八结点等参弯曲板单元和三结点等参梁单元的增量平衡方程和切线刚度矩阵,非线性问题采用增量法和Newton-Raphson迭代法相结合的方法求解.本文通过一些算例,证明了所采用单元具有良好的收敛性和足够的精度,并讨论了边界条件、纤维铺设角和加筋疏密等因素对复合材加料筋板非线性解的影响.     

复合材料偏心加筋壳特性分析

用任意加筋壳单元研究了复合材料偏心加筋壳结构的特性．研究表明，在结构几何尺寸已经确定的情况下，可以调整加强肋骨的偏心量，以改变加筋壳结构内部的受力和变形；调整加强肋骨的布置方式也是改变加筋壳结构强度和刚度的有效方法．     

复合材料加筋板热变形和热应力分析

复合材料及其结构的热响应是近年来复合材料力学研究的热点课题之一。本文用有限元法研究了复合材料加筋板的热变形和热应力。基于Mindlin假定导出了一阶剪切变形层合板梁理论。这两种理论也适用于中厚板和深梁。考虑的热载可以是瞬态的也可以是稳志的,实际工程应用表明,根据本丈模型研制的计算机程序具有较高的计算精度和效率。      

冲击后含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲

采用数值分析方法研究了冲击后含损伤的复合材料格栅加筋板的后屈曲特性。基于Mindlin 一阶剪切理论和Von Karman 大挠度理论, 建立了冲击后蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板后屈曲分析的有限元方法; 分析中同时考虑了蒙皮和肋骨中纤维断裂、基体开裂等损伤累积造成的刚度的退化和蒙皮分层子板间的闭合接触效应, 为含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲特性研究提供了一种有效的数值分析方法。分析结果表明, 蒙皮分层面积较大时, 格栅加筋板出现蒙皮分层上子板的局部屈曲后仍然具有较强的继续承载能力, 而在后屈曲分析中, 应考虑损伤累积对格栅加筋结构承载能力的影响; 采用非线性虚拟界面元可成功处理分层子板间的闭合接触效应。      

复合材料加筋板的动力分析

本文构造了九自由度三角形拟协调罚函数复合材料板单元与六自由度复合材料梁单元,考虑了剪切变形与转动惯量的影响。用这两种单元对复合材料加筋板的自由振动、阻尼特性和瞬态响应问题进行了研究,给出一些有益结果。      

基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元

基于一阶剪切变形理论(FSDT),本文构造一种新型的20自由度(每结点5个自由度),四边形复合材料层合板单元,适合于任意铺设情形的层合板的计算。它是按如下方式构造的:(1) 单元每边的转角和剪应变由Timoshenko层合厚梁理论来确定;(2) 对单元域内的转角场和剪应变场进行合理的插值;(3) 引入平面内双线性位移场来体现层合板面内与弯曲的耦合作用。本文单元,记为TMQ20,不存在剪切闭锁现象,在计算单层的各向同性板时可以退化为文[1]中优质的中厚板单元TMQ。在文[2]中将给出本文单元对于层合板问题的详细数值算例。     

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙边框柱刚度研究

为研究大跨高比的对角槽钢加劲钢板墙结构,该文对3个1/3缩尺的钢板剪力墙试件进行了拟静力试验研究,包括一个拼接式钢板剪力墙和2个拼接式-对角槽钢加劲钢板剪力墙。试验结果表明钢板剪力墙有良好的耗能能力,对角加劲钢板墙滞回曲线饱满呈梭形。槽钢的两个翼缘与钢板连接,形成具有更大抗扭刚度闭口截面,在加载过程中避免了加劲肋的扭转而导致加劲效果降低。对角布置的槽钢加劲肋具有较大的抗弯刚度,在弹性阶段提高钢板的弹性屈曲荷载,限制钢板平面外变形;在弹塑性阶段能起到增大拉力带的作用,提高结构承载力。推导了框架柱的剪力、轴力和弯矩计算公式,结果表明对角槽钢加劲形式对边缘构件的附加轴力和剪力作用较大,因此在设计时应考虑加劲肋的支撑作用。     

对角槽钢加劲钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究大跨高比的对角槽钢加劲钢板墙结构,该文对3个1/3缩尺的钢板剪力墙试件进行了拟静力试验研究,包括一个拼接式钢板剪力墙和2个拼接式-对角槽钢加劲钢板剪力墙.试验结果表明钢板剪力墙有良好的耗能能力,对角加劲钢板墙滞回曲线饱满呈梭形.槽钢的两个翼缘与钢板连接,形成具有更大抗扭刚度闭口截面,在加载过程中避免了加劲肋的扭转...     

Finite element analysis of laminated composite stiffened plates using FSDT and HSDT: A comparative perspective

Significance of using higher-order shear deformation theory (HSDT) over the first-order shear deformation theory (FSDT) for analyzing laminated composite stiffened plates is brought out using the finite element method (FEM). For this purpose, a C⁰ HSDT, is extended for application to stiffened configurations, for linearly elastic static and natural vibration analysis. The spatial displacement fields of both the plate and the stiffener are derived as functions of reference plane variables using Taylor series expansion. The developed computational tool is employed for analyzing systems having varying configurations using the FSDT and two different HSDTs, and their comparative effects are systematically studied, demonstrating the need for using HSDT instead of FSDT, for obtaining accurate structural response of such stiffened configurations.     

含分层损伤复合材料加筋层合板的动承载能力

采用有限元方法研究了含穿透分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应和承载能力。根据复合材料层合板一阶剪切理论, 推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式;同时采用Adams 应变能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法, 构造了相应的阻尼阵列式;为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象, 建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析中分层分析模型和虚拟界面联接模型。并采用Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法, 对在动荷载作用下含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了破坏和承载能力分析。通过典型算例分析, 分别讨论了外载频率、分层深度、筋的位置以及破坏过程中刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征和承载能力的影响, 得到了一些具有理论和工程价值的结论。     

Buckling analysis of corrugated plates using a mesh-free Galerkin method based on the first-order shear deformation theory

This paper deals with elastic buckling analysis of stiffened and un-stiffened corrugated plates via a mesh-free Galerkin method based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The corrugated plates are approximated by orthotropic plates of uniform thickness that have different elastic properties along the two perpendicular directions of the plates. The key to the approximation is that the equivalaent elastic properties of the orthotropic plates are derived by applying constant curvature conditions to the corrugated sheet. The stiffened corrugated plates are analyzed as stiffened orthotropic plates. The stiffeners are modelled as beams. The stiffness matrix of the stiffened corrugated plate is obtained by superimposing the strain energy of the equivalent orthotropic plate and the beams after implementing the displacement compatibility conditions between the plate and the beams. The mesh free characteristic of the proposed method guarantee that the stiffeners can be placed anywhere on the plate, and that remeshing is avoided when the stiffener positions change. A few selected examples are studied to demonstrate the accuracy and convergence of the proposed method. The results obtained for these examples, when possible, are compared with the ANSYS solutions or other available solutions in literature. Good agreement is evident for all cases. Some new results for both trapezoidally and sinusoidally corrugated plates are then reported.     

含损伤复合材料AGS 板的屈曲特性

采用有限元数值模拟方法, 研究了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板结构(AGS) 的稳定性问题。对蒙皮和肋骨分别采用基于Mindlin 一阶剪切理论的复合材料层合板单元和层合梁单元来模拟, 推导了相应的有限元列式, 并通过坐标变换, 利用蒙皮与肋骨的几何连续条件, 形成了AGS 的单元刚度阵和几何刚度阵, 建立了含损伤AGS 稳定性分析的有限元控制方程。通过典型算例, 研究了压缩载荷作用下, 分层形状、分层大小、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式等因素对AGS 的稳定性特征的影响。数值结果表明, 含分层损伤的AGS 具有十分复杂的屈曲性态。屈曲临界力和屈曲模式与分层面积、分层形状、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式和位置均密切相关。      

加强筋截面类型对轨道车辆板件结构隔声影响研究

针对轨道车辆轻量化设计后可能带来的隔声性能降低问题,研究不同截面加强筋铺设对板件隔声性能的改善效果。基于混合有限元-统计能量分析(Hybrid FE-SEA)方法建立轨道车辆加筋板结构隔声特性预测分析模型,系统分析T型、L型、I型和矩形加强筋截面类型对板件隔声性能的影响。研究结果表明,加筋板的刚度和1阶固有频率皆比均质板大,且随加强筋厚度的增大而增大;当加强筋厚度恒定时,T型加筋板的刚度和1阶固有频率最大,L型加筋板次之;敷设厚度15 mm的加强筋,板件的隔声性能最佳;当加强筋的质量、厚度、腹板面积及尺寸、翼板面积相等时,各类型加筋板的计权隔声量Rw差异不大;板件加筋后,刚度控制区的隔声量增幅3 dB~17 dB,1 250 Hz~4 000 Hz中高频段的隔声量增幅1 d B~6 d B。综合分析可知,以计权隔声量为评价标准时,在加强筋质量、腹板面积、翼板面积及尺寸相等时,敷设厚度15 mm加强筋,板件的隔声性能最佳,Rw较均质板可提高1.4 dB~1.5 dB,而加强筋厚度恒定时,T型和L型加筋板的刚度又最佳。相关研究成果可为轨道车辆板件结构加筋优化提供设计参考。     

联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析

完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验。3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土。得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析。采用有限元软件ABAQUS对试件进行了数值模拟。结果表明:非加劲和槽钢竖向加劲墙板先屈曲后屈服,井字加劲墙板先屈服后屈曲,墙板屈服后连梁与钢板剪力墙边框梁相继屈服。方钢管混凝土柱脚屈服较早,屈服后仍具有良好的承载力和弹塑性变形能力。采用非加劲墙板的试件承载力最低,滞回环捏缩效应最严重,其次是采用槽钢竖向加劲墙板的试件。采用井字加劲墙板的试件滞回环较饱满。井字加劲和槽钢竖向加劲试件的峰值荷载分别比非加劲试件的峰值荷载提高了11.7%和6.9%,井字加劲和槽钢竖向加劲试件的等效黏滞阻尼系数分别比非加劲试件的等效黏滞阻尼系数提高了65.9%和19.9%。各试件的延性系数均大于4.5,表明不同加劲形式的联肢钢板剪力墙均具有良好的延性。数值分析与试验结果吻合较好,可充分地反映试件的滞回性能和破坏过程。加劲肋对连梁和边缘构件的内力影响较小,但可显著提高剪力墙板的抗剪承载力。相较于两片单肢钢板剪力墙,联肢钢板剪力墙的承载力和耗能能力均有大于20%的提高。