基体损伤对分层复合材料加筋板动力特性的影响研究

基于Mindlin假定的复合材料层合板单元和层合梁单元,推导了复合材料加筋板的刚度阵和质量阵;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;建立了分层损伤特征的三板模型和表征基体微裂纹损伤的基体损伤模型;并推导了一种基于Hertz型非线性接触法则的虚拟联接单元模型,以避免在振动分析过程中在低阶模态中分层处出现的上、下子板间不合理的嵌入现象;在上述模型和理论基础上,采用精细积分法求解含损伤结构的动力响应。对典型数例进行参数讨论,表明在动载荷作用下,嵌入分层损伤以及在振动过程中诱发的基体微裂纹损伤的演化将明显地影响加筋层合板的动力特性。     

动荷载作用下含损伤复合材料层合板承载能力

研究了含分层损伤层合板的动力响应和承载能力。基于层合板的一阶剪切理论,采用分项等参插值方法推导了复合材料层合板刚度阵、质量阵列式,在瑞利阻尼的基础上构造了相应的阻尼阵列式;建立了用于含分层损伤复合材料层合板动力分析的分层模型和虚拟界面联接单元,以防止低阶模态中在分层处出现的上、下子板不合理的脱离和嵌入现象;同时又采用Tsai提出的0.44刚度退化准则和动力分析的Newmark法,对含分层损伤复合材料层合板结构进行了在动荷载作用下的破坏和承载能力分析;通过典型算例,分别讨论了外载频率,分层位置,以及刚度退化对含损伤复合材料动力响应特征和承载能力的影响。本文中提出的方法和得到的结论对复合材料工程设计具有参考价值。      

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。     

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。      

基于频率和阻尼分析的含分层损伤复合材料层合板的损伤诊断

提出了一种基于动力有限元分析和神经网络相结合的含分层损伤层合板的诊断方法。采用作者发展的含分层损伤层合板的动力有限元分析模型和方法,计算了具有不同分层长度损伤层合板的频率和模态阻尼值,以此建立样本库。应用反向传播BP神经网络训练和形成网络。典型含层间分层损伤层合板的仿真结果表明,采用对损伤变化较为灵敏的高阶模态阻尼作为网络的输入参数进行分层损伤诊断比常用的模态频率更为合理。本文中提出的是一种用于层合板的分层损伤诊断的有效和经济的方法。      

具有局部分层的对称铺设层合板在非保守力作用下的屈曲分析

利用弹性非保守系统自激振动的拟固有频率变分原理,推导出复合材料矩形板受非保守随从力作用的变分方程,进而导出复合材料层合板含分层损伤的有限元基本方程及求解临界荷载力和固有频率的特征方程。用载荷增量法计算了不同边长比的复合材料矩形板在面内受随从力作用且含有分层的临界载荷,分析了不同角铺设方向对临界载荷的影响。分析表明,分层对临界载荷有一定影响,复合材料层合板的角铺设方向对临界载荷有较大影响。     

频率相关自由阻尼层复合材料加筋板动力分析

采用子空间迭代法和精细积分对敷设粘弹性阻尼层的含损伤复合材料加筋板结构进行了频率和动力响应分析。分析中对层合板和层合梁采用了Adams应变能法与Raleigh阻尼模型相结合的阻尼矩阵构造方法;对表面粘弹性阻尼材料则考虑了材料性质和耗散系数对激振频率与温度的依赖性,建立了频率相关粘弹性材料阻尼矩阵的计算方法。通过有限元分析,分别研究了敷设自由阻尼层无损伤和含分层损伤复合材料加筋板的自振频率和模态特征,并根据幅频曲线讨论了阻尼材料模量、耗散系数和阻尼层厚度等因素对结构响应的影响,提出的计算方法对通过合理选择阻尼层材料与几何参数来有效地控制加筋板结构的振动特性,具有一定的参考价值。     

复合材料层合板的非线性组合共振特性及分岔

考虑几何非线性项和阻尼的影响, 给出了四边简支的正交各向异性矩形层合板在两项横向简谐激励作用下的非线性振动微分方程, 利用伽辽金法导出了相应的达芬型非线性强迫振动方程。应用多尺度法对组合共振问题进行求解, 得到了系统在稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论, 得到了解的稳定性判定条件。通过数值算例, 分析了不同参数对系统组合共振及其分岔特性的影响。结果表明, 随着调谐参数、板厚度、阻尼系数以及激励力等参数的改变, 系统存在多幅值现象、滞后现象和跳跃现象, 出现不稳定解, 且在某些参数点处具有运动性态发生变化的分岔特性, 表现出较为复杂的动力学特性。      

含多分层损伤平面编织层合板的振动特性

基于层合板Mindlin一阶剪切变形理论,研究了多处分层损伤对复合材料层合板固有特性的影响规律。根据一般分层模型,并采用线性接触模型模拟分层区域上、下子板的相互作用,建立含多个椭圆内埋型分层损伤平面编织层合板自由振动分析有限元模型。通过典型算例分析,讨论了椭圆分层区域长轴与试件纵向夹角对平面编织层合板固有频率的影响。结果表明,对于内埋型分层损伤,表面分层与中间分层对固有频率的影响区别很小;分层区域的长轴与试件纵向夹角越大,损伤对固有频率的影响越大。     

具有分层损伤复合材料加筋与无加筋层合板热-机械力屈曲性态

基于复合材料一维剪切理论——Mindlin 理论, 给出了材料性质与温度有关的含分层损伤复合材料加筋和无加筋层合板的线性和非线性热-机械力耦合情况下的屈曲问题有限元分析方法, 并研究了含分层损伤的加筋和无加筋层合板的两种不同类型的热- 机械力屈曲问题。通过典型算例分析, 讨论了热-机械力耦合效应和分层大小对含分层损伤结构的屈曲性态的影响关系。     

Dynamic behavior of delaminated plates considering progressive failure process

The paper is to study on dynamic response behavior of the delaminated composite plates considering progressive failure process. A formula of element stiffness and mass matrices for the composite laminates is deduced by using the first-order shear deformation theory combined with the selecting numerical integration scheme. A damping model is constituted by a generalized orthogonal damping model on basis of Adams' strain energy method. A virtual interface linear spring element is also employing for avoiding the overlap and penetration phenomenon between the upper and lower sublaminates at the delamination region. The failure analysis method for the delaminated plates under dynamic loading is established by a modified Newmark direct integral method in conjunction with Tsai's failure criterion and corresponding stiffness degradation scheme. By some numerical examples, the effects of frequency of dynamic load, delamination length and location, and reduction of structure stiffness during the progressive failure process upon dynamic behavior of the delaminated composite plates are discussed. The method and conclusions would be useful for composite structures designers.     

起重机箱形伸缩臂的动力稳定性分析

应用计及轴力效应的有限单元法对起重机箱形伸缩臂在轴向周期载荷作用下的动力稳定性即参数共振问题进行分析研究。运用Lagrange方程建立周期载荷作用下梁杆系统在小变形情况下参数振动方程,确定箱形伸缩臂结构动力不稳定边界的临界频率方程,并讨论阻尼对箱形伸缩臂动力稳定性的影响。分析结果表明:运用计及轴力效应的有限单元法求解动力稳定问题是非常精确和有效的;随着阻尼系数的逐渐增大,其动力不稳定区域逐渐减小,且对第二动力不稳定区域影响更加明显。     

Postbuckling and free vibrations of composite beams

An exact solution for the postbuckling configurations of composite beams is presented. The equations governing the axial and transverse deformations of a composite laminated beam accounting for the midplane stretching are derived. The inplane inertia and damping are neglected, and hence the two equations are reduced to a single nonlinear fourth-order partial–integral–differential equation governing the transverse deformations. We find out that the governing equation for the postbuckling of symmetric or asymmetric composite beams has the same form as that of beams made of an isotropic material. Composite beams with fixed–fixed, fixed–hinged, and hinged–hinged boundary conditions are considered. A closed-form solution for the postbuckling deformation is obtained as a function of the applied axial load, which is beyond the critical buckling load. To study the vibrations that take place in the vicinity of a buckled equilibrium position, we exactly solved the linear vibration problem around the first buckled configuration. Solving the resulting eigen-value problem results in the natural frequencies and their associated mode shapes. Both the static response represented by the postbuckling analysis and the dynamic response represented by the free vibration analysis in the postbuckling domain strongly depend on the lay-up of the laminate. Variations of the beam’s midspan rise and the fundamental natural frequency of the postbuckling domain vibrations with the applied axial load are presented for a variety of lay-up laminates. The ratio of the axial stiffness to the bending stiffness was found to be a crucial parameter in the analysis. This control parameter, through the selection of the appropriate lay-up, can be manipulated to help design and optimize the static and dynamic behavior of composite beams.     

非线性弹性地基上矩形薄板的动力学研究

本文研究了非线性弹性地基上矩形薄板的非线性振动特性和振动稳定性。在考虑了地基板阻尼和非线性效应的基础上,建立了小挠度矩形板横向均布简谐激励作用下的非线性动力学方程;用谐波平衡法研究了其非线性振动特性;导出了频率响应方程,研究了频率响应特性;讨论了非线性因素的影响,得出了忽略地基板非线性因素的条件;分析了地基板的非线性振动的稳定性,得出了稳定区和不稳定区的分界线方程。     

航空发动机自带冠叶片减振特性研究

摘 要：将自带冠叶片模化为质量弹簧模型。自带冠叶片减振主要是由于冠间碰撞和摩擦的组合运动来实现的,因此本文将冠间的接触简化为带对称间隙的弹簧阻尼模型,摩擦模型采用Sgn模型,从而建立该系统的动力学方程,进而采用Runge-Kutta数值方法求解系统的动力学方程。本文主要探讨了冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等多种参数对减振效果的影响。结果表明：叶片的振动能量与冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等参数有关,参数选取要考虑工作转速的范围。冠间的碰摩组合运动为硬式分段线性的非线性振动,因此本文同时采用Poincaré映射图和频谱图等方法对系统的非线性特性进行了一定的研究。