含分层复合材料层合板剪切屈曲的实验研究

对含分层损伤的复合材料层合板在纯剪切条件下进行屈曲试验,并通过对试验载荷-应变曲线及损伤形貌的分析以及试验结果和有限元模拟结果的比较,得出复合材料层合板预制分层损伤面积对其剪切屈曲性能的影响.结果表明,试验件含分层损伤面积越大,其破坏载荷越大,而对应的破坏应变越大,因此分层损伤会降低复合材料层合板的承载力和刚度.含分层损伤的层合板试验件其屈曲临界载荷随着分层损伤面积的增加而减小,抗屈曲性能也随之降低.     

基于改进模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化

针对复合材料层合板的屈曲优化问题,提出一种改进的直接搜索模拟退火算法来求解最大化临界屈曲载荷系数的铺层顺序设计问题。改进算法引入搜索范围动态调整的新点产生方式实现全局搜索和局部搜索的协调,提高了算法的计算稳定性和计算效率。以离散铺层角为设计变量,采用里兹法进行屈曲响应分析以考虑弯扭耦合影响,通过典型多极值屈曲优化问题分析比较了算法改进措施的有效性。不同角度增量、铺层数、长宽比和载荷比的层合板屈曲优化结果表明,改进算法能有效地进行层合板铺层顺序优化。     

复合受载下简支矩形板屈曲分析的微分求积法

为了精确求解复合受载下简支矩形板屈曲失稳的问题。推导简支矩形板无量纲屈曲微分方程,给出简支矩形板屈曲分析的微分求积计算格式。以单(双)向轴压作用下的简支矩形板为例,通过与解析解、有限元解对比验证微分求积法求解简支矩形板屈曲失稳问题的精确性。以轴压和剪应力作用下的简支矩形板为例,通过同解析解对比分析表明,当边长比r=1～5时,解析解与数值解间的差别较小;当边长比r=1/5～1时,解析解随方程数N的增大而逐步逼近数值解。     

单向拼接复合材料层合板的抗拉强度研究

碳纤维增强树脂基复合材料层合板具有较高的抗拉强度,复合材料结构设计中会遇到含铺层拼接的层合板的问题,需要考虑拼接对层合板力学性能的影响。因此建立交错拼接单向层合板的力学模型,对其层间应力和承载能力进行分析,得到单向层合板拼接位置的层间应力分布和抗拉强度的解析解,并提出有效拼接长度的概念,可用于交错拼接层合板的设计。并建立不同拼接长度的交错拼接单向层合板模型,计算得到层间应力分布,并采用渐进损伤方法预测抗拉强度,解析解和有限元方法的强度预测结果均与试验结果具有较好的一致性。含交错拼接单向层合板拼接位置的层间切应力和抗拉强度决定于材料刚度、单层厚度、界面厚度和拼接长度。     

矩形厚板弹塑性屈曲的微分求积法分析

笔者首次采用微分求积法分析了矩形厚板的弹塑性屈曲问题.为了考虑横向剪切变形的影响,采用了Mindlin板理论和全量理论和增量理论,推导了相应的控制微分方程与内力的表达式.为了验证所推导的公式和求解算法,将本文结果与现有文献中的结果(包括精确解)进行了对比.然后给出了一些新的结果,并指出了两种理论结果之间差异大的原因是由...     

考虑界面接触效应的复合材料层合板分层屈曲的三维有限元分析

运用Abaqus有限元软件模拟含脱层的复合材料层合板的屈曲过程。运用实体单元构建复合材料层合板模型,采用线弹性本构关系,考虑脱层间的接触效应,在脱层界面处施加硬接触的法向行为,防止脱层界面上下两部分的相互贯穿,保证变形的协调性。通过数值算例,综合讨论了不同深度、不同宽度、不同长宽比以及有无接触效应时对屈曲极限荷载的影响。同时对无损伤层合板在相同参数的情况下的屈曲进行了模拟,获得了临界荷载值,将有限元结果与理论解比较后数值吻合,结果表明,所建立的模型能够准确的模拟脱层板屈曲过程。     

常幅疲劳载荷下复合材料层合板刚度退化试验研究

复合材料层合板在飞机结构中的应用研究一直备受关注。本文主要采用试验方法研究常幅拉伸疲劳载荷作用下3种不同铺层复合材料层合板的刚度随疲劳寿命的变化趋势,取得了大量试验数据,给出了在工程上有价值的结论。     

含分层复合材料层合板剪切稳定性数值模拟研究

对含单一分层的复合材料层合板在纯剪切情况下的稳定性进行了数值模拟研究,分析了分层损伤对于层合板稳定性的影响,并引入内聚力模型(Cohesive Zone Model,CZM),进一步分析了层合板后屈曲过程中的分层扩展行为。通过对不同尺寸的分层损伤的模拟分析,发现层合板的屈曲模式和屈曲临界载荷与分层直径密切相关。随着初始分层损伤区直径的增大,层合板屈曲临界载荷随之减小,且层合板屈曲模式由整体屈曲转变为混合屈曲模式。另外,在初始分层区直径达到一定大小后,层合板在后屈曲过程中会发生分层扩展破坏。     

复合材料层合板疲劳寿命的可靠性分析

基于唯象的剩余强度衰减模型与蔡－希尔静强度判据,建立单向层合板在任意复杂面内应力作用下的疲劳失效准则。利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,并对其进行可靠性评估。根据Ｔ３００／ＱＹ８９１１的三种典型层合板［０］１６、［９０］２４和［±４５］３Ｓ的拉—拉疲劳试验结果,利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,结果表明寿命服从Ｗｅｉｂｕｌ分布。     

轴向运动Rayleigh梁固有频率的微分求积法

轴向运动梁的振动和稳定性问题是振动力学问题研究的重要内容之一,它有着重要的理论和实际意义。研究了轴向运动Rayleigh梁的固有频率。根据广义哈密顿原理建立轴向运动Rayleigh梁横向振动的控制方程。采用微分求积法数值求解两端简支和两端固支边界条件下轴向运动Rayleigh梁的次临界固有频率。数值例子给出了变化梁的弯曲刚度和支撑刚度情况下第一阶和第二阶固有频率和速度之间的关系曲线。通过曲线间的关系可得到:高阶固有频率比低阶固有频率大,固有频率随着刚度系数的增大而增大,并且随着支撑刚度的增大而增大。     

Shear deformation in thermal vibration analysis of laminated plates by the GDQ method

The interlaminar stresses and deflections in a laminated rectangular plate under thermal vibration were determined by using the generalized differential quadrature (GDQ) method involving the effect of shear deformation. The approximate stress and deflection solutions are obtained under the vibration of sinusoidal temperature of thermal load for layer in cross-ply laminate. Numerical results show that the maximum deflection and stresses at center position of laminate increasing with the side-to-thickness ratio a/h^* value decreasing, especially in the region a/h^*20. The GDQ method provides an efficient method for calculating the interlaminar stresses and deflections in a multi-layered plate of cross-ply laminate subjected to thermal vibration of sinusoidal temperature including shear deformation with a few grid points.     

Thermally induced vibration of a thermal sleeve with the GDQ method

The generalized differential quadrature (GDQ) method is used to obtain the numerical results of two-layer cross-ply laminated tubes under thermal vibration. Piping components in the electric power industry should be understood and designed to resist the thermal fatigue cracking. In the analyses of the thermally induced vibration of a thermal sleeve under linear temperature load ΔT, the computational GDQ method provides a method for calculating the natural frequency, displacement and thermal stress.     

基于改进堆叠顺序表法的变厚度复合结构铺层序列优化设计

变厚度复合结构通过在不同厚度区域进行铺层序列优化实现变刚度设计,针对现有的铺层序列优化方法中存在的制造因素考虑不足、铺层序列生成随机性大等问题,提出了一种基于改进堆叠顺序表法的变厚度复合结构铺层序列优化设计方法。建立了一种改进的堆叠顺序表,使用各子区域铺层厚度、最薄子区域的铺层序列、铺层插入位置、铺层插入角度4个变量进行变厚度复合结构铺层序列的参数化表征;构建了考虑制造约束的变厚度复合结构铺层序列优化算法,通过最薄子区域铺层序列优化、最薄子区域到最厚子区域的铺层序列自动生成及优化,基于遗传算法进行了变厚度铺层序列的优化求解,实现了考虑制造约束的轻量化设计。应用于经典的18面板马蹄形复合结构的铺层序列优化,与已有方法结果相比,实现了考虑更多制造约束的多区域铺层序列优化设计,总重量降低到28.31 kg,验证了方法的有效性。     

航空电子设备复合材料结构优化设计概述

复合材料由于其良好的性能而在航空电子设备中的应用越来越广泛。讨论了航空电子设备复合材料结构优化设计技术,对优化的数学模型展开论述,介绍了优化的五个层次的材料工艺优化、拓扑优化、位置优化、尺寸优化和铺层优化,同时阐述了它们的特点和相应的优化算法。继而针对航空电子设备,研究了复合材料结构综合优化方法。通过对某型天线罩进行结构优化设计,结果表明了优化方法的可行性。     

基于HyperWorks的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异.文中基于HyperWorks商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能.研究结果表明,铺层...     

斜直井中考虑摩擦时钻柱的正弦屈曲分析

提出了在斜直井中钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法,给出了考虑摩擦阻力时的屈曲平衡方程,建立了相应的微分求积法列式,用微分求积法时平衡方程直接求解。在力学模型中考虑了摩擦因数、重力线密度、钻柱长度和井斜角对临界载荷的影响,并将数值计算结果与实验数据进行了比较。分析表明,提出的在钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法是正确有效的,能够为实验结果提供理论分析基础;在同等条件下,钻柱正弦屈曲临界载荷随摩擦因数的增加而增大;钻柱越长,摩擦阻力对临界载荷的影响越大,在一定程度上,摩擦可以增加钻柱的稳定性。     

基于遗传算法的复合材料天线罩优化设计

研究复合材料天线罩结构优化,提出一种遗传算法与高精度通用有限元分析软件相结合优化方法。为了加快收敛进程,对遗传算法本身做出一定改进。通过对某型天线罩结构的优化计算,表明文中所提优化方法是可行有效的。     

An efficient approach for free vibration analysis of conical shells

In this paper, the global method of generalized differential quadrature (GDQ) is applied for the first time to study the free vibration of isotropic conical shells. The shell equations used are Love-type. The displacement fields are expressed as product of unknown functions along the axial direction and Fourier functions along the circumferential direction. The derivatives in both the governing equations and the boundary conditions are discretized by the GDQ method. Using the GDQ method, the natural frequencies can be easily and accurately obtained by using a considerably small number of grid points. The accuracy and efficiency of the GDQ method is examined by comparing the results with those in the literature and very good agreement is observed. The fundamental frequency parameters for four sets of boundary conditions and various semivertex angles are also shown in the paper.     

Frequency characteristics of a thin rotating cylindrical shell using the generalized differential quadrature method

In this paper, the generalized differential quadrature (GDQ) method is used for the first time to study the effects of boundary conditions on the frequency characteristics of a thin rotating cylindrical shell. The present analysis is based on Love-type shell theory and the governing equations of motion include the effects of initial hoop tension and the centrifugal and coriolis accelerations due to rotation. The displacement field is expressed as a product of unknown smooth continuous functions in the meridional direction and trigonometric functions along the circumferential direction so that the three-dimensional dynamic problem may be transformed mathematically into a one-dimensional problem. Based on this approach, the results are obtained for the effects of the boundary conditions on the frequency characteristics at different circumferential wave numbers and rotating speeds and various geometric properties; the effect of rotating speed on the relationship between frequency parameter and circumferential wave number is also discussed. To validate the accuracy and efficiency of the GDQ method, the results obtained are compared with those in the literature and very good agreement is achieved.