功能梯度材料圆柱壳基于变分渐近法的高保真简化模型

为有效分析涂覆型功能梯度圆柱壳顶面作用正弦荷载下的响应,基于变分渐近方法（VAM）建立高保真简化模型。根据Hamilton扩展原则建立功能梯度材料圆柱壳3维能量方程;利用壳体固有小参数将3维能量渐近扩展为系列2维近似能量方程,并将近似能量转换为工程常用的Reissner-Mindlin模型形式;提供重构关系以准确预测沿厚度方向的3维场分布。通过SiC-Al功能梯度面层-均质基层圆柱壳顶面作用正弦分布荷载的柱形弯曲算例验证,基于该理论和模型重构的位移和应力分量与3维精确解相一致;在应变很小时,可考虑任意大位移和全局旋转,并可准确捕捉翘曲几何非线性。     

基于单胞数字化模型的三维编织复合材料本构关系数值模拟

在渐近均匀化理论基础上，确立了基于单胞数字化模型的复合材料宏观等效弹性性能的三维数值分析方法（DCB—FEA）．该方法采用三维光栅化技术将三维单胞模型转化为三维光栅图形（数字化模型），并将光栅图形直接转化为三维有限元求解网格，产生的离散单元具有相同的几何尺寸和规则的形状，单元刚度矩阵的数量将减少为单胞材料的个数．此外，单胞数字化模型仅需记录每个离散单元的材料种类，其他参数如单元节点编号、节点坐标等均可在求解过程中自动生成，周期性边界条件也可以自动施加．随着分辨率的提高，单胞数字化模型将产生更多数量的单元，特别是对于三维单胞模型，集成整体刚度矩阵时需要大量的计算机内存．采用基于Element-by-element策略的预处理共轭梯度法（EBE—PCG），有限元方程的求解在单元级上进行，避免了整体刚度矩阵的集成．通过对三维编织复合材料的线弹性本构关系的数值模拟，表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量。     

基于L-S理论的压电球壳广义热冲击分析

基于L-S广义热弹性理论,针对压电球壳受表面球对称热冲击作用下的热弹性问题进行分析.从三维压电弹性理论基本方程出发,利用Laplace变换,建立耦合的6阶状态方程;采用层合近似模型,将状态方程转化为关于径向坐标的常系数状态方程.利用界面连续条件得到球壳内、外状态变量的整体传递关系,结合球壳内、外边界条件,可以确定频域内所有状态变量,通过数值反变换获得时域解.数值算例给出热冲击作用下压电球壳的位移、应力、电势和温度等物理量的分布规律,考察热松弛时间对热冲击作用效果的影响.     

部分脱胶压电复合材料层合梁黏结界面失效扩展有限元分析

采用三维有限元模型,对在电场作用下部分脱胶的压电复合材料层合梁黏结界面损伤扩展行为进行了研究.建立了基于虚裂纹闭合技术(VCCT)的界面断裂单元,通过有限元软件ABAQUS的用户自定义单元功能UEL实现并计算了脱胶前缘的能量释放率GⅠ,GⅡ和GⅢ,采用B-K准则作为脱胶扩展判据.对部分脱胶的压电复合材料梁在电压作用下对...     

刚性-黏弹性材料界面Ⅱ型动态扩展裂纹的尖端场

裂纹尖端渐近场的研究是断裂力学研究的重要课题之一．为了研究黏性效应作用下的界面动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了刚性-粘弹性材料界面Ⅱ型动态扩展裂纹的力学模型;在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε）∝ -1/r(n-1)．结合运动和协调方程,推导出黏弹性材料动态扩展裂尖场的控制方程．根据问题的边界条件和连续条件,通过数值计算,得到了裂纹尖端连续的分离变量形式的应力、应变和位移场．数值计算表明,裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制,这为解决工程实践中所遇到的相应的问题和建立材料的破坏准则提供理论参考．     

快速超薄铸轧机铸轧辊变形热力耦合模型

快速超薄铸轧机铸轧辊的辊芯与辊套为2种不同材质配合而成的复合体，存在不连续的结合面，辊芯内有几何结构复杂的内冷水槽而非单一实心体，周向温差较大，其温度场为非对称三维温度场，工作在多种物理场（热、力）下，作者运用热弹性力学理论，建立热弹耦合方程并求解，并结合接触压力（轧制力分布）模型，确定了铸轧辊温度场边界条件，得到了超薄铸轧机铸轧辊变形的计算模型。     

可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅰ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级.通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性可压缩变形对Ⅰ型裂纹尖端应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M控制.当泊松比v=0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹.     

考虑横法向热应变的C~0型Reddy层合梁理论

考虑横法向热变形和自由表面条件,发展了C0型Reddy层合梁理论。考虑了横法向热应变,发展的C0型Reddy层合梁理论没有增加额外位移变量。发展模型的位移场不含有横向位移一阶导数,方便构造多节点高阶单元。基于虚位移原理,推导出复合材料层合梁的平衡方程并分析简支复合材料层合/夹层梁热膨胀问题。数值结果表明,建立的模型能准确分析复合材料层合/夹层梁热膨胀问题。然而,忽略横法向热应变的理论误差较大。     

球-柱-球复合壳体结构声辐射建模及特性分析

针对典型复合材料轴对称结构的外部声辐射问题，本文建立了基于结构完整边界的广义谱-配点边界元法的结构声辐射分析模型。从一阶剪切层合壳理论出发，推导了复合材料结构振动能量方程，引入广义谱方法和边界元方法的思想，将Helmholtz积分方程转化为边界积分方程，再将位移、声学变量和Green函数等展开为周向Fourier多项式和轴向Chebyshev多项式的形式，经化简得到一维半解析声振耦合求解的声场方程。对于浸没在轻质和重质流体中的壳体结构，均采用强耦合的处理方式对结构声问题进行求解。通过数值结果验证了本文方法的正确性，分析了各向同性均匀材料和正交各向异性球-柱-球复合壳体的声辐射问题，并讨论了不同载荷方式、铺层角度等因素对复合壳体结构声辐射的影响。结果表明：对于铺层为[90°/±θ/0°]_S的玻璃纤维材料复合壳体结构，随着铺层角的增大，组合结构的轴向拉伸和弯曲刚度逐渐减小，周向的刚度得到加强，并在结构弯曲-扭转耦合效应的作用下，壳体结构的辐射声功率级响应曲线的峰值频率向高频发生偏移。     

粘弹性材料中动态扩展裂纹尖端场的分析

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了粘弹性材料动态扩展裂纹的力学模型.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近控制方程;采用靶法求得了Ⅰ型Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的应力、应变的数值解.数值计算表明:裂尖场变化主要受材料的蠕变指数和马赫数的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,为动态扩展裂纹的断裂判据提供参考依据.     

复合材料叠层及加筋旋转壳稳定性有限元分析

本文用有限元法研究了复合材料旋转壳及其离散纵向加筋情况的稳定问题。在SABA族元素[1]的基础上,把复合材料各向异性的弹性性质考虑进去,把纵向筋条处理成为空间梁,计入梁偏心的影响,由梁的基本弹性和几何刚度矩阵出发,经过一系列变换,推导出与SABA元素相协调的新的弹性和几何刚度矩阵,从而较为精确地得到了复合材料叠层及加筋的稳定性分析结果。算例与现有的一些解析解及实验结果吻合良好。     

复合材料层合圆柱壳中振动功率流特性

基于Love壳体理论,根据壳体微元应力、应变关系推得壳体中的各内力和力矩,得到了复合材料层合圆柱壳的运动微分方程.对复合材料层合圆柱壳中振动功率流特性进行了研究,在不同周向模态和频率下,对外载荷输入壳体的功率流及其沿壳体的传播情况进行了分析.分析表明,各内力功率流沿壳体传播时相互转化,最后趋于确定值.结合各内力传播的功率流,从能量角度考察了波的传播特点,通过各内力功率流的比例来定量的确定壳体中不同波传播的成份.     

对称叠层板稳定计算的一种新方法

无单元法是一种新的数值算法,它信息处理简单,其基本思想是在计算域上用一些离散的点由最小二乘法来拟合场函数,从而摆脱了单元的限制,因为它应用了滑动最小二乘法,所以与有限元不同,它的近似场函数不一定精确通过计算点。这会使计算略为复杂,但与这种方法带来的方便性相比,这点缺陷是微不足道的,因此这种方法愈来愈引起人们的关注．笔者将无单元法用于对称叠层板的屈曲问题,通过计算不同边界条件下各向同性板和对称叠层板的屈曲荷载参数,验证了该法的有效性,且精度较高,有着广泛的工程应用前景．     

无单元迦辽金法在对称叠层板弯曲问题中的应用

基于Kircihhoff板理论和对挠度函数采用滑动最小二乘近似函数进行插值,研究无单元Galerkin（EFGM）方法在对称叠层板弯曲问题中的应用.分析中,本质边界条件采用罚因子法施加,对称叠层板的无单元法几何刚度矩阵由最小二乘法和变分原理得到.通过单层方板和对称叠层板的数值算例并与其他方法的结果进行比较,表明EFGM法求解对称叠层板弯曲问题具有收敛性好、精度高等优点,从而验证了该法的有效性.     

Axial impact response of composite cylindrical shell

０　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｏｍｐｏｓｉｔｅｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｙｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙａｒｅｃａｐａｂｌｅｏｆａｂｓｏｒｂｉｎｇａｌａｒｇｅｍｏｕｎｔｏｆｅｎｅｒｇｙｕｎｄｅｒａｘｉａｌ...     

层压复合壳在冲击荷载作用下的应力分布

分析了层压复合壳在冲击荷载作用下的动力反应．通过实例计算,探讨了层压复合壳的应力分布规律、损伤指数,讨论了壳的曲率半径的变化对壳内应力分布的影响     

复合材料多层扁壳强迫振动的迭代解法

为了求解复合材料多层扁壳在初始薄膜力时的强迫振动，在直接积分法中加入了迭代步骤，推导出了相应的公式和计算步骤．将列举的算例与ADINA计算结果进行了对比，证明了这种方法的合理性，且计算工作量和计算时间较少．     

含损伤复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲

为分析损伤对复合材料圆柱壳结构动力性能的影响,该文以一阶剪切变形理论为基础,由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及初始几何缺陷的圆柱壳的非线性动力方程.复合材料圆柱壳上的初始几何变形以初始几何缺陷的方式描述并引入方程,针对基体破坏子层进行刚度折减,并求得脱层损伤区域的等效刚度矩阵.采用半解析法求解方程,并根据求得的位移响应情况,由B-R准则判定屈曲,确定屈曲临界载荷;分析初始几何变形、伴随脱层及子层基体破坏等损伤形式对复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲的综合影响.     

三维编织复合材料圆柱壳的稳定性研究

采用MSC／NASTRAN大型有限元分析软件对含有损伤的三维编织复合材料壳体进行了分析，重点对影响三维编织复合材料圆柱壳体结构稳定性的因素如编织角、损伤程度等进行了研究，给出了相应的数值计算结果。结果表明，编织角、局部损伤、整体损伤对复合材料壳体的稳定性均有重要影响。