复合材料大变形任意加筋板单元

本文构造了用于复合材料偏心加筋板状结构大变形分析的任意加筋板单元。在此模型中,肋骨可放置在板单元内任意位置和任意方向,因而在网格划分时,可不必顾及肋骨的具体位置。在板和肋骨的基本方程中,引用Von-Karman大变形理论计及大变形的影响,按照 Mindlin-Reissoner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。任意加筋板单元具有和常规板单元相同的自由度。数值计算表明本文的有限元模型具有很高的精度。     

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。     

复合材料多层板壳在非线性弹性失稳时的本构关系

在研究复合材料的多层、夹层和加筋板壳的非线性弹性和塑性失稳问题时,需要用到失稳前的应力与应变之间和失稳时的应力增量与应变增量之间的非线性关系。复合材料在纤维断裂和基体开裂以前的物理非线性,主要是由基体引起的。本文对非线性弹性和处于主动塑性变形阶段的各向同性基体,采用小弹塑性变形理论,导得了应力与应变之间的各向同性非线性关系和应力增量与应变增量之间的各向异性非线性关系。假定纤维是线性弹性的。用复合材料的复合定律,求得了单向增强纤维复合材料层片的应力与应变之间和应力增量与应变增量之间的非线性关系。     

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。     

弹性支持任意铺层加筋板的非线性稳定性分析

本文利用能量变分原理和广义傅里叶级数法对具有弹性支持的复合材料任意铺层加筋板在面内各种组合载荷作用下的非线性稳定性特性进行了研究.通过采用牛顿一梯度法数值求解,证明前屈曲压-弯耦合效应对弹性支持的复合材料加筋板的屈曲和后屈曲特性均产生了明显的影响,以致于在压、剪载荷作用的开始即产生了横向翘曲变形.只有当加筋板的四边为夹支时,这种前屈曲耦合效应才不明显.除此之外,还得到了一些与非加筋的层合板完全不同的屈曲和后屈曲特性.所得结果与文献上的相关计算或实验结果对比后均吻合很好,证明本文的理论分析和数值计算是正确有效的.     

采油井架钢结构非线性力学行为分析

本文对采油井架钢结构进行了非线性有限元分析。采用空间梁单元,通过包含单元几何刚度阵和变形刚度阵的增量切线刚度法考虑大变形问题;用杆端集中塑性法来简化材料非线性;采用弧长法迭代计算,最终可得到考虑几何和材料双重非线性情况下,井架钢结构的极限承载力。文中最后给出了A型采油井架的算例。     

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。      

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。     

空间杆系钢混结构非线性问题的有限元解

本文推导了建立了用于空间杆系结构非线性计算的多结点空间等参杆单元，这一单元利用等参元的概念，结合有限位移的增量理论，引入钢筋混凝土的弹塑性强化材料模型，有效地解决了空间杆系结构的非线性分析计算问题，能更好地处理空间曲杆，在处理单元弹塑性非线性时，采用了以单元内积分法的弹塑性状态，综合描述单元的弹塑性状态的方法，比较计算结果，这一单元计算模型是合理，有效的，能够解决空间杆系结构的非线性计算问题。     

A computational model for analysing interactive buckling and delamination growth in composite structures

In this paper, a unified method is presented: (i) to model delaminated stiffened laminated composite shells; (ii) for synthesising accurate multiple post-buckling solution paths under compressive loading; and (iii) for predicting delamination growth. A multi-domain modelling technique is used for modelling the delaminated stiffened shell structures. Error-free geometrically nonlinear element formulations — a 2-noded curved stiffener element (BEAM2) and a 3-noded shell element (SHELL3) — are used for the finite element analysis. An accurate and simple automated solution strategy based on Newton type iterations is used for predicting the general geometrically nonlinear and postbuckling behaviour of structures. A simple method derived from the 3-dimensionalJ-integral is used for computing the pointwise energy release rate at the delamination front in the plate/shell models. Finally, the influence of post-buckling structural behaviour and the delamination growth on each other has been demonstrated.     

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。     

含裂纹损伤有限加筋板弹塑性承载力分析

基于含直裂纹问题的复应力函数解法,提出了用Dugdale模型分析和求解弹塑性条件下含中心裂纹的有限加筋板承载力问题的方法。通过将加筋板离散为筋、板的结构,将含裂纹有限加筋板的问题转化为边界受切向力作用的含裂纹有限板的问题进行求解。计算了筋、板相对刚度不同的情况下,含中心裂纹有限加筋板裂纹尖端开口位移CTOD(Crack Tip Opening Displacement)值随裂纹长度及承载力情况变化的系列值。     

Active vibration control of piezolaminated stiffened plates

The aim of this work is to present active vibration control of stiffened plates. A stiffened plate finite element with piezoelectric effects is formulated. The characteristic feature of the stiffener is that it can have any shape in plan and need not pass through the nodal lines of the finite element mesh. The coupling between the direct and the converse piezoelectric effects is neglected for simplicity. A velocity feedback algorithm is employed in the active control. Numerical examples for vibration control of isotropic and orthotropic stiffened plates have been presented.     

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。     

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。      

基于临界刚度的复合材料筋材多变量优化设计方法

以船舶结构优化设计为背景,针对目前结构安全余量过高导致加筋板板筋刚度过匹配现状,提出板筋刚度匹配临界刚度的概念,推导了板筋刚度比关系式。以T型复合材料筋材为对象,建立优化模型,基于Isight软件平台对设计变量进行灵敏度分析,简化设计变量。采用多岛遗传算法对筋材开展多变量优化设计,结合工程实际在筋材优化结果基础上确定设计方案,并开展复合材料加筋板力学性能试验研究,验证了多变量优化设计方法的可行性。研究表明:利用提出的加筋板板筋刚度比关系式,可以指导板筋刚度匹配设计;对T型复合材料筋材进行优化设计时,提升腹板高度对优化目标影响最明显;在等刚度约束前提下,提出的T型筋材优化设计方案能够较好地实现优化目标,同时保证了较优的经济性。