复合材料双曲率壳屈曲和后屈曲的非线性有限元研究

基于 ABAQUS软件分析平台 , 采用非线性有限元法研究了横向载荷作用下复合材料双曲率壳的屈曲和后屈曲行为。通过在有限元模型中引入 Tsai2Wu失效准则 , 预测了复合材料双曲率壳的初始失效及渐进破坏过程 , 数值结果和试验数据吻合较好 , 表明了该模型的合理有效性 , 并详细讨论了各种参数对屈曲和后屈曲行为的影响。经分析复合材料双曲率加筋壳在均布压载和剪力联合作用下的屈曲和后屈曲行为 , 得到了屈曲载荷的拟合曲线 , 研究表明顺剪力的存在有利于提高屈曲载荷。     

复合有限条法研究水压作用下加肋柱壳的后屈曲

为了研究水压作用下的加肋柱壳的后屈曲状况,并且能考虑到肋骨的实际截面形状和分布情况,本文将复合有限条方法应用于环加肋圆柱壳的后屈曲分析。在对后屈曲路径的跟踪过程中,使用了正交弧长法。算例表明,复合有限条方法同纯粹的有限元方法相比在速度上能提高10倍以上,并且方程阶数与壳体尺寸无关,是一种分析加肋板壳结构的理想方法;实际应用的加肋圆柱壳在水压下的后屈曲路径一般来说不存在分叉点,在后屈曲阶段,随着变形的增加常常要求压力有所增加。     

散货船槽型横舱壁的屈曲后屈曲计算

散货船的槽型横城船舱进水后往往由于水的压力而破坏，本文对此问题进行了研究，采用有限元方法对横舱壁的屈曲和后屈曲进行模拟。；船舱进水，舱内水位发生连续变化，这给有限元分析时外载荷的处理带来一定困难。     

复合加载条件下环肋柱壳的抗冲击屈曲能力分析

由Ｈａｍｉｔｏｎ变分原理导出非轴对称运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值解法研究了复合载荷（轴向流－固冲击载荷＋径向均匀外压）条件下环肋圆柱壳的弹塑性动力屈曲。分别采用类似Ｂ－Ｒ准则和Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌ方法来确定临界屈曲载荷,讨论了环肋骨和径向均匀压对圆柱壳结构抗冲击屈曲能力的影响。     

具有初始缺陷钢衬壳的热后屈曲分析

本文把局部铆固的核安全壳中的钢衬壳看作钢衬板的特殊缺陷形式，用Ｋｏｉｔｅｒ的初始后屈曲理论研究了具有初始缺陷的四点铆固钢衬壳模型的后屈曲性态，给出了这一模型的后屈曲平衡路径表达式和屈曲临界载荷表达式，并计算了屈曲临界载荷的初始缺陷的敏感度。     

复合材料圆柱壳的轴压屈曲失效试验

为了研究高径比大于1的复合材料圆柱壳的轴压屈曲性能及其失效模式,对2组单向纤维圆柱壳和3组外侧环裹环向纤维圆柱壳进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,利用有限元模型分析了单向纤维圆柱壳两种屈曲形式的破坏机制,对比分析了两种铺层试件的轴压性能。结果表明:单向纤维复合材料圆柱壳出现先纵向劈裂后板壳屈曲和先柱壳屈曲后纵向劈裂的两种破坏模式;外侧环向纤维可改善圆柱壳的轴压性能,屈曲发展有一定的阶段性并表现出延性特征,破坏形式和承载力均较为稳定。     

加筋复合材料圆柱壳的屈曲和初始后屈曲的研究

本文分析了筋和壳的儿何参数及壳的铺层对纵向或环向密加筋的复合材料层合圆柱壳在轴压和侧压下的稳定性和初始后屈曲性能的影响。初始后屈曲分析基于Koiter理论。对几种不同几何参数、壳体铺层和载荷情况的加筋壳的计算表明:在所有情况下,外加筋比内加筋更有效地提高了屈曲载荷;复合材料壳的加筋效率一般都高于各向同性材料加筋壳;壳体的铺层对屈曲和初始后屈曲性能有很大影响。     

层压减振复合钢板的拉伸剪切特性

本文选用1.67×10-2、1.67×10-3、1.67×10-4、1.67×10-5s-1四种形变速率,在20～150℃试验温度范围内研究了用酚醛树脂氯丁胶作夹层的层压减振复合钢板的拉伸剪切特性。结果指出,在较低温度和较高形变速率下,层压减振复合钢板具有较高的拉伸剪切强度,其破坏形态呈高聚物撕裂和界面破坏的混合破坏特征;在80℃附近,拉伸剪切强度最低,其破坏形态为具有滑移特征的高聚物内聚破坏;在80～150℃温度范围内,随温度升高,拉伸剪切强度增加,这是由于高聚物夹层材料中的氯丁橡胶发生了交联反应的缘故。     

安全壳钢衬的初始后屈曲分析

基于Ｄｏｎｎｅｌｌ的非线性板壳理论，认为钢衬壳是一种有特殊缺陷形状的钢衬板，用初始后屈曲渐进分析理论，研究了在温度应力作用下缺陷钢衬板即钢衬壳的初始后屈曲性态。计算了一个四点铆固钢衬壳模型，同时给出了铆钉间距等参数对钢衬壳屈曲极值温度的影响。     

反对称正交铺层剪切圆柱壳在外压下的屈曲和后屈曲

给出了反对称正交铺层剪切圆柱壳广义大挠度Donnell 型方程, 并运用位移型摄动技术构造出该圆柱壳在均匀外压作用下的后屈曲渐近级数解。考虑到边界效应对中短圆柱壳的影响及边值问题摄动解的一致性, 详细研究了该圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解, 以便与中部正则摄动解相匹配。文中同时给出一些典型例子并讨论了横向剪切变形、Batdo rf 数、弹性模量比和初始几何缺陷对圆柱壳屈曲与后屈曲性态的影响。比较显示, 横向剪切变形对圆柱壳的屈曲与后屈曲有重要影响。      

基于内变量损伤模型的复合材料板的后屈曲分析

基于Talreja张量内变量损伤模型,建立了复合材料单层板平面应力问题的损伤本构关系,进而导出了具初始挠度的考虑损伤效应的复合材料单层板的非线性压屈平衡方程。然后,将未知函数在空间上应用有限差分法离散,在时间上等分为小的时间段,且所有非线性项被线性化,整个问题采用迭代法求解。数值结果表明,损伤将导致结构刚度不断削弱,板的后屈曲变形将随着时间的增加而增加。     

层合梁脱层分析的精细解法

提出了层合梁脱层分析的一种半解析模型及相应的精细积分法。首先沿层合梁面内离散,由修正Hellinger-Reissner 变分原理导出各层的半解析方程。然后将各层等分为若干子层,利用相邻子层间状态量的精细积分关系式,将半解析方程转化为一组几乎无离散误差的代数方程。最后,利用各层代数方程系数矩阵的块三对角形式,建立了一种高效的递推消元方法。该文方法不仅具有极高的精度和效率,同时还能处理多种边界条件(包括脱层条件),以及能很好地克服病态的影响。数值算例充分证明了该文方法的有效性。     

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。     

层合壳体结构分析的分片Ritz法

为了对层合壳体结构进行准确和有效的分析,给出了适用于层合壳体结构分析的分片方法并采用Ritz法进行问题的求解。该方法首先将壳体结构进行分片处理,利用参数曲面来描述分片的壳体结构并将分片进行拚接。在此基础上,构造分片上的具有参数曲面特征的Ritz法的试解函数,并写出相应的泛函和控制方程。最后给出了数值算例,算例表明该方法准确可靠。     

几何非线性复合材料层合固体壳单元

通过定义广义应力,提出了一个改进的刚度矩阵,以克服固体壳元的厚度自锁问题,并能保证沿复合材料层合结构厚度方向上的连续应力分布;将应力插值函数分为低阶和高阶两部分,建议了一个新的非线性变分泛函,推导了一个用于几何非线性分析的九节点固体壳单元,该单元的计算精度和效率基本上与九节点减缩积分单元相当,与同类型其他单元相比,该单元显著提高了计算效率。     

纤维增强复合材料层合板分层破坏的研究

本文对纤维增强复合材料层合板的分层破坏进行了大量的试验,同时用三维有限元进行应力分析。试验和分析结果表明此类层合板的分层总是发生在θ/90界面上,该界面上不仅层间剪应力大而且层间正应力也大。通过对不同θ/90界面的临界能量释放率的测定表明,对层合板不同的θ/90分层界面的G_ⅠC和G_ⅡC是随θ角的变化而变化。文中对一个Ⅰ型,Ⅱ型耦合型能量释放率分层判据的应用作了改进,试验结果表明此改进是有效的。     

复合材料迭层板柱状弯曲的非线性流固耦合动力响应分析

导出置于液面上的复合材料迭层板变形时流体作用力的近似表达式; 由Ham ilton 原理建立了考虑横向剪切变形以及流固耦合效应时迭层板的非线性动力方程; 采用差分方法求解了迭层板的非线性流固耦合动力响应; 讨论了不同载荷类型下流场深度及几何非线性对动力响应的影响。      

考虑剪力滞效应的层合箱梁矩阵分析方法

给出了考虑剪力滞后及剪切变形效应条件下,复合材料薄壁层合箱梁静力行为控制微分方程组的初参数解。以此为基础,推导出了层合箱梁单元的刚度矩阵和等效结点荷载列阵,从而使薄壁层合箱梁的剪力滞、剪切变形效应分析方便地纳入了工程中广泛应用的矩阵位移法程序系统,为复合材料连续层合箱梁等复杂结构的强度及刚度分析提供了有效的计算手段。      

基于改进响应面法的公路简支梁桥地震易损性分析

针对典型公路简支梁桥提出了一种基于改进响应面方法的易损性模型建构流程。在充分考虑结构和材料等桥梁参数不确定性基础上,基于Plackett-Burman设计方法生成一系列试验样本。采用OpenSees软件进行非线性动力时程分析,比较输入参数对地震响应的贡献,筛选出影响桥梁地震响应的显著性参数;进一步针对显著性参数进行中心复合设计并设计出一系列桥梁样本,基于非线性时程分析结果,建立桥梁各构件在不同的地震动强度下的响应面模型,并采用蒙特卡罗抽样方法计算得到桥梁构件的易损性曲线。假定简支梁桥系统为串联系统,计算生成全桥的易损性曲线。针对相同的桥梁样本,以非线性增量动力分析法生成的易损性曲线为基准,对传统响应面法与改进响应面法计算得到的易损性结果进行比较。结果表明：改进的响应面方程可以高效地替代复杂的非线性时程分析,提高了地震易损性分析的计算效率;构建的易损性曲线能够在较大的地震动强度范围内确定桥梁的损伤构件,帮助桥梁管理部门制定相应的震后加固优先级决策,具有一定的工程应用价值。