基于新修正偶应力的增强型Reddy层合板热尺度效应分析

基于新修正偶应力理论,提出复合材料增强型Reddy层合板热尺度效应模型.该模型只含有一个材料长度参数l,同时将首次引入厚度方向的旋转变量.通过虚功原理推导出平衡方程,并且利用纳维方法,分析热载作用下细观复合材料层合/夹层方板的位移和应力.数值计算表明:该模型能够很好地捕捉板的热尺度效应,随着材料长度参数增大,板的热尺度...     

基于新修正偶应力理论的斜交铺设层合Kirchhoff板模型与尺度效应

基于新修正偶应力理论, 建立了只含有1个尺度参数的复合材料斜交铺设层合Kirchhoff板模型, 并分析了铺设角对尺度效应的影响。采用虚功原理推导了任意铺设角的层合Kirchhoff板的弯曲方程和边界条件。通过新模型给出了四边简支反对称角铺设微尺度层合Kirchhoff板的解析解。结果表明:细观尺度各向异性层合板的尺度效应并不仅仅受其几何尺寸的影响, 还受铺设角的影响;铺设角对尺度效应可能产生非常显著的影响。      

基于一种新修正偶应力理论的平面正交各向异性功能梯度梁静弯曲模型及尺度效应

基于一种新修正偶应力理论建立了微尺度平面正交各向异性功能梯度梁模型。模型中包含两个材料尺度参数,因此能够分别描述在两个正交方向上由尺度效应带来的不同大小弯曲刚度增强。基于最小势能原理推导了平衡方程和边界条件,并以自由端受集中载荷作用的悬臂梁为例给出了弯曲问题的解析解。该梁模型的控制方程以及解的形式和经典梁模型是一致的,只是在刚度项中增加了一项和尺度效应有关的项。算例结果表明:采用本文模型所预测的梁挠度总是小于经典理论的结果,即捕捉到了尺度效应。尺度效应会随着梁几何尺寸的减小而增大,并在梁的几何尺寸远大于尺度参数时逐渐消失。     

考虑尺度依赖的平面正交各向异性功能梯度微梁的自由振动分析

基于一种新修正偶应力理论建立了微尺度平面正交各向异性功能梯度梁的自由振动模型。模型中包含两个材料尺度参数,能够分别描述两个正交方向上不同程度的尺度效应。当梁的几何尺寸远大于材料尺度参数时,本文模型亦可自动退化为相应的传统宏观模型。基于哈密顿原理推导了运动控制方程并以简支梁的自由振动为例分析了几何尺寸、功能梯度变化指数等对尺度效应产生的影响。算例结果表明:采用本文模型所预测的梁自振频率总是大于传统理论的结果,即捕捉到了尺度效应。尺度效应会随着梁几何尺寸的增大而逐渐减弱并在几何尺寸远大于尺度参数时消失;高阶自振频率所体现出的尺度效应较低阶自振频率更加明显。此外,功能梯度变化指数对尺度效应也有一定的影响。     

修正偶应力理论层合薄板稳定性模型及尺度效应

该文将各向同性修正偶应力理论推广到各向异性,提出各向异性的细观尺度的复合材料层合板的本构方程,基于虚功原理建立了各向异性修正偶应力理论并用于建立复合材料层合薄板偶应力理论稳定性模型。该理论的偶应力部分的转角不是独立变量(称为C1理论),对于各单层引入纤维和基体材料的不同的两个材料细观参数,建立了适用于层合板/夹层板的偶应力理论模型。该理论的应变不对称,但是,用于各向同性材料与修正偶应力理论等价。为了便于工程应用,忽略基体材料的细观长度参数,建立了各单层只含一个材料细观参数的偶应力层合薄板理论稳定性模型。算例表明建立的偶应力层合板模型能用于分析层合板稳定性的尺度效应。     

开孔碳纤维层合板层间应力分析

针对具有典型铺设角 的开孔碳纤维层合板, 采用三维有限元数值模拟方法, 分析了在单向拉伸载荷作用下孔边附近的层间应力, 讨论了界面层参数对层间应力的影响, 详细给出了典型铺设角之间层间应力的分布规律和最大层间应力产生的位置。结果表明: 对于相同铺设角的界面层, 沿厚度方向的位置影响层间应力的大小, 但不影响分布趋势; 而铺层顺序(如 或 )对层间应力的大小和分布趋势影响则较小。最大层间正应力产生于 的界面层, 位于与拉伸方向成90°的位置, 是外加拉伸应力的51%; 最大层间剪应力产生于 的界面层, 最大层间环向剪应力位于与拉伸方向成74°的位置, 是外加拉伸应力的64%; 而最大层间径向剪应力位于与拉伸方向成66°的位置, 是外加拉伸应力的25%。      

复合材料层合板自由振动的薄板样条无网格解

无网格全局配点法分为多项式配点法和径向基函数配点法,国内外很多文献利用径向基函数配点法对复合材料层合板进行了分析。利用一阶剪切变形理论和基于薄板样条径向基函数的无网格配点法计算了复合材料层合板自由振动的固有频率和振型。研究了薄板样条径向基函数中形状参数的选取和本工作方法的收敛性。结果表明:形状参数m=3时收敛性最好,计算精度最高。将本工作计算结果与文献中的实验结果进行了对比,验证了本文方法的精度和效率。     

基于NASTRAN的复合材料层合板层间应力分析

基于MSC.PATRAN/NASTRAN软件,采用一种准三维混合有限元模型,计算了复合材料层合板的层间应力,得到了层间应力对层合板面内应力分布的影响规律,为合理设计层合板,优化层间剪切强度,扩大层合板的应用范围,提供了分析手段和理论依据;这种准三维混合模型的有限元计算方法,提高了复合材料层合板的分析效率和分析精度,也为其他复合材料结构分析提供了新的分析思路和途径.     

偶应力理论的径向点插值无网格法研究

偶应力理论引入了位移二阶导数和相应的高阶边界条件,在有限元实施过程中,需要实现位移函数C1连续,这对传统有限元方法来说是一个苛刻的要求。无网格法能够实现位移函数的高阶导数连续,该文基于应变梯度偶应力理论下的虚功原理,导出了其无网格实施方法。无网格法的形函数一般不具有插值特性,本质边界条件施加困难,为克服这一困难,采用了带有多项式基的径向点插值法,构造的形状函数具有插值特性,可直接施加本质边界条件。数值结果表明,该方法数值结果稳定、精度高。     

基于Mindlin理论的齿轮横向振动模型

针对圆柱齿轮中心带孔,厚径比已经不在经典的薄板理论范围之内的结构特点,将其分别简化为直径等于分度圆、齿顶圆和齿根圆的中厚圆环板。基于Mindlin理论,推导了在自由边界条件下中厚圆环板横向振动频率方程,利用MATLAB软件对频率方程进行求解,并与有限元方法计算结果和实验测试结果对比分析。结果表明：只有将齿轮简化为直径等于分度圆的中厚圆环板时,三者结果才基本相符,从而验证了简化模型的可行性。该结论对超声珩齿振动系统设计具有一定的理论指导意义。     

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。     

受分布载荷复合材料层合板应力分析的一般理论

为了克服经典层合板理论的缺点,提高层间应力的计算精度,提出了受分布载荷层合板应力分析的一般理论。首先根据叠加原理将层合板受力状态分解成对称和反对称状态,然后用正交完备的傅立叶级数和勒让德级数构造这两种受力状态中每一铺层与层间胶层的位移场,并应用广义势能原理确定位移场中的待定系数,从而确定层合板的位移场和应力场。另外,胶层被视为各向同性材料,并且与其它材料层具有相似的力学特性,即具有有限厚度、有限弹性常数。计算结果显示,这种解法的收敛性非常好,根据物理方程与根据平衡方程得到的层合板横向剪应力及横向正应力分布非常一致。     

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。     

复合材料层合板振动衰减主动控制力学模型

简要介绍了新兴的智能复合材料结构及其应用发展前景。对双压电元件复合材料层合板的振动衰减主动控制给出了有限元计算公式,导出了压电激振器、传感器的输入、输出方程,建立了结构振动主动控制的数学模型。     

各种边界条件对称正交复合材料层板自由振动的解析法

寻求各种边界下的复合材料层板的解析解(除简支边界外)历来是不太容易的.本文以一阶剪切理论为基础,通过引入位移函数,得到了这类层板在各种边界条件下的解析解.将算例与Rayleish-Ritz等方法的结果作了比较.     

受压对称迭层矩形板的自由振动分析

根据受压的对称迭层矩形板自由振动的微分方程可以求得各种解析解来求解各种边值问题。迭层板有两种,一种是正交铺设,其方向与坐标轴平行,属正交异性板,当板的四边为简支时,可用双正弦级数来求解自由振动的各阶频率及其振型以及均匀受压的各阶临界载荷及其屈型。另一种是角铺设,属各向异性板,当两相邻边为自由,另两边为简支或固支时可用复数级数来求解其最低频率及其振型以及最低临界载荷及其屈型。此时其特征方程的根为两对复根,且可表成三角级数和双曲线级数,以满足边界条件。另外用代数多项式和双正弦级数组成的解来满足角点条件。在算例中计算了若干板受压或不受压的振动频率和临界载荷,并与其他文献进行了对比。     

用杂交法改善应力解的新型复合材料层合板单元

本文给出一种基于一阶剪切变形理论(FSDT)新型的、无闭锁的位移型四边形复合材料层合板单元TMQ20的列式;并根据Hellinger-Reissner变分原理,针对位移型复合材料板单元提出了一种新型应力杂交化后处理方法来改善单元计算应力的能力,使位移型单元可以简单和正确地预测层合板的应力,特别是层间横向剪应力的解。数值算例表明,经过改善的TMQ20单元具有位移型和杂交型有限元的双重优点,它不仅自由度少,列式简单,而且对位移和应力都可以得到高精度的结果,适用于从薄到中等厚度的复合材料层合板的计算。本文所提出的杂交化后处理方法的概念适用于改善任何种类的位移型单元的应力解。     

层壳考虑横向剪切效应的自由振动分析

本文采用一个分层的剪切变形理论分析层壳的自由振动。假定层壳各层横向剪切应变彼此线性相关,从而未知函数个数与一阶剪切变形理论相同,但控制微分方程的阶数为十二阶,且不含剪切修正因子。文中计算了一个短圆柱壳与两种扁壳的自由振动频率,数值结果与经典层合理论、一阶剪切变形理论及其他剪切变形理论的计算结果进行了比较。      

Mindlin板弯曲和振动分析的高阶杂交应力三角形单元

现有的Mindlin板单元只能通过零剪力分片检验,而不能通过非零常剪力分片检验。该文根据Reissner- Mindlin一阶剪切变形理论,基于余能原理,提出了一种高阶杂交应力六节点三角形Mindlin板单元。该单元特点是不仅能通过零剪力分片检验,而且能通过严格的非零常剪力增强型分片检验。构造单元时特别注意了单元边界位移以及域内应力的插值函数的选取。采用任意阶Timoshenko梁函数作为边界位移插值函数,应力插值函数选取为满足平衡方程的多项式。对不同厚度不同边界条件的方板进行弯曲和自由振动分析,质量矩阵采用集中质量阵。数值结果表明无论对薄板还是中厚板,该单元均是准确有效的。