开孔对复合材料层合板振动频率影响研究

在复合材料层合板的中心开一个超椭圆形孔,利用Nastran有限元软件分析,计算层合板的前二阶振动频率,研究开孔形状及其转动等设计参数对矩形层合板固有频率的影响。分析结果表明层合板的固有频率受板内开孔设计影响很大,且与边界约束条件有很大的关系。     

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。     

含孔复合材料层合板的疲劳寿命研究

建立了三维有限元模型,分析了复合材料层合板的应力场。使用修正Hashin失效准则判定复合材料的失效模式,并突降失效单元的材料性能。疲劳载荷引起复合材料刚度降和强度降依靠缓降模型实现。笔者将突降模型和缓降模型植入有限元模型中,模拟了复合材料层合板在拉伸和压缩疲劳载荷下的渐进损伤过程,并计算了层合板的纵向刚度损伤和疲劳寿命。层合板的纵向刚度损伤具有三阶段特点,与试验观察是一致的。层合板疲劳寿命预测值与试验值吻合地很好。     

含分层复合材料层合板拉伸剩余强度研究

以T300/BMP316复合材料层合板为研究对象,开展了含预制分层层合板的静拉伸试验及静强度预测方法研究.通过试验获得含预制分层层合板的拉伸剩余强度.基于三维逐渐损伤分析方法,采用双层节点法模拟初始分层,建立了含分层复合材料层合板的静载逐渐损伤分析模型,静强度预测误差在5％以内.采用所建立的方法对分层处于不同层间位置的...     

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.     

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。     

复合材料薄壁箱梁的非线性自由振动分析

根据复合材料特性、梁的几何非线性和哈密尔顿原理,建立了复合材料薄壁梁的模型及非线性平衡方程。基于悬臂梁的边界条件,对非线性自治系统进行有限差分离散处理,得到了系统的质量和刚度矩阵。运用MATLAB振动工具箱进行模态分析,求得CUS和CAS架构下薄壁箱梁的前三阶固有频率与铺层角的变化关系,并对两种架构下的结果进行对比分析。在有限差分离散的基础上建立非线性薄壁梁的状态空间,运用时间离散和MATLAB振动工具箱对非线性自治系统进行仿真,求得CUS架构下不同铺层角度时的时间位移曲线和非线性振动幅度与铺层角之间的变化关系。     

基于形状的复合材料层合板振动主动控制研究

根据Hamilton原理,建立了覆盖压电传感器／激振器的复合材料层合板的运动方程．并借助于压电方程、层合板理论得到了压电传感器、激振器的输出与输入方程。根据压电片随机布置产生的控制效果来确定最优整体压电片的形状。最后给出了计算实例,结果表明把压电片布置在靠近固定端和沿轴向布片为最优位置,可以达到比整体布片更优的控制效果。     

复合材料层合板疲劳载荷下固有频率衰减预测模型

基于层合板疲劳逐渐损伤理论结合经典层合板理论的本构模型,通过在ANSYS软件平台上编写APDL参数化子程序,预测了T300/970复合材料哑铃型疲劳试件的疲劳寿命及其各寿命阶段的固有频率.模拟所得的固有频率与试验曲线具有良好的一致性,表明所建立的模型可以有效预测T300/970复合材料在不同寿命阶段的模态特性.     

复合材料层合板侵彻行为的计算机模拟

本文以复合材料层合板抗侵彻性能分析为目的,采用ABAQUS/Explicit建立了纤维增强复合材料层合板高速冲击有限元分析模型,结合Hashin失效准则进行损伤识别,给出了层合板在球形弹头冲击下的侵彻破坏特征和模态,获得了弹道极限速度。模拟结果与理论计算结果和已有实验结果吻合良好,证明了该方法合理有效,探讨了弹头形状、冲击速度和入射角等因素对层合板损伤的影响规律,获得了一些有价值的结论,可以为工程实际提供参考。     

基于高阶改进方法的层合板固有频率分析

针对一般的计算层合板振动特性的方法过于繁复的问题,采用了一种高阶改进方法来计算复合材料层合板的固有频率。建立了高阶改进方法的层合板动能和势能表达式,利用哈密顿原理构建了层合板的自由振动方程并计算了层合板的固有频率。在此基础上,通过该方法计算了铺设角度、跨厚比和弹性模量比对层合板固有频率的影响。结果表明：该算法可以有效地计算出反对称铺设层合板和正交铺设层合板的固有频率,同时也可以计算任意形式铺设的层合板的固有频率。     

用Galerkin方法分析具有初始缺陷层合板的非线性后屈曲

利用冯.卡门广义大挠度理论,建立了具有初始缺陷任意铺层的板的非线性稳定性控制微分方程。运用Galerk in法对其进行处理,得出非线性方程组。通过采用载荷增量和Newton迭代相结合的方法对非线性方程组进行求解,追踪出后屈曲平衡路径。通过实例并与当前结果进行比较,显示相当好的一致性。     

复合材料层合板阻尼特性有限元数值模拟

应用耗散能原理建立了复合材料层合板的阻尼预测分析模型,对复合材料层合板进行三维有限元模态分析,求出各个模态下的应力、应变分量。根据模态分析结果,从单向复合材料的阻尼性能参数出发,利用层合板应变能、耗散能和结构模态阻尼的关系求出各个模态对应的模态阻尼损耗因子。利用该方法,分别计算了单向层合板和对称层合板的结构模态阻尼损耗因子。数值计算结果与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性,该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。     

弹性模量对柔性仿生鱼尾振动行为的影响

针对采用各向同性材料为基板的仿生鱼尾刚度大、变形小的情况,研究基板材料弹性模量对于柔性复合型仿生鱼尾振动行为的影响。首先,通过使用粗压电纤维复合材料(macro fiber composite,简称MFC)作为驱动器,设计了一种柔性仿生鱼尾结构,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了具有相同泊松比和密度的基体材料在不同弹性模量下的鱼尾振动情况,得出鱼尾摆动位移与弹性模量间的极值关系;然后,对比此种弹性模量下各向同性材料与各向异性材料,得到各向异性[HJ]材料适合作为基体材料的结论;最后,根据仿真结果制备出各向异性基体材料,与MFC相结合得到柔性鱼尾,再对其进行振动性能测试实验。实验结果验证了数学模型的合理性及设计的可行性。     

铺设角度对层合板结构声功率的影响分析*

针对层合板结构铺设角度对前二阶声辐射模态幅值和辐射声功率的影响进行分析。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的铺设角度与振动速度信息之间关系。通过声辐射模态理论,以某12层层合板结构为例,研究固定边界条件下的层合板辐射模态数、对称铺设角度、单向铺设角度以及激励力位置对声辐射模态幅值和辐射总声功率的影响。计算结果表明,在相同角度下,对称铺设层合板结构最大声功率值要小于单向角度铺设层合板结构最大声功率值;另外在低频时,对层合板结构辐射声功率起主要贡献的是前两阶辐射模态。并以某16层零度铺设的固定边界条件下的层合板结构为例,对复合材料层合板结构的声辐射模态幅值及声功率进行试验分析。     

圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现

为解决纵-扭复合振动超声加工中复合振动的实现难题,对单激励纵-扭复合振动圆锥形复合变幅杆展开研究。基于变截面杆一维纵向振动和扭转振动理论,推导出圆锥形复合变幅杆纵向振动和扭转振动的频率方程,并确定其振动特性参数。阐释了单激励下圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现机理,并通过应用实例给予验证。理论计算、数值分析与测试结果表明,选择合适的几何结构参数,圆锥形复合变幅杆可以实现纵-扭复合振动。     

三维编织复合材料构件的机构模态阻尼

介绍一种分析三维编织纤维增强复合材料连杆机构的固有频率,振型和模态阻尼的方法,根据阻尼单元模型,采用有限单元法,并考虑横向剪切应变的影响,导出这些机构动态学性能参数复合材料的细观力学结构之间的内在关系。     

含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

为了实现对磁致伸缩和压电材料迟滞特性的描述,建立高精度前馈补偿系统,对Preisach模型一阶回转曲线的预测方法进行了研究。首先,介绍了一阶回转曲线及经典插法预测一阶回转曲线的基本原理,着重指出线性经典插值法对Preisach模型一阶回转曲线的预测存在不足;其次,在此基础上,利用非线性变换的思想,提出了辅助线法预测一阶回转曲线;最后,实验比较了超磁致伸缩材料（giant magnetostrictive material,简称GMM）与压电陶瓷（piezoelectric ceramic transducer,简称PZT）两种迟滞情况下,辅助线法和经典插值法对迟滞一阶回转曲线的预测结果。实验结果表明：在GMM迟滞下,对任意一阶回转曲线的预测数据,辅助线法的均方根误差（root mean square error,简称RMSE）最大减少为经典插值法的14.22％;对所有预测数据,辅助线法的RMSE减少为经典插值法的29.42％;在PZT迟滞下,对任意一阶回转曲线的预测数据,辅助线法的RMSE最大减少为经典插值法的18.18％;对所有预测数据,辅助线法的RMSE减少为经典插值法的41.07％。辅助线法对一阶回转曲线的预测精度整体高于经典插值法,且迟滞效应的非线性误差越高,预测精度较经典插值法越优异。     

含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

针对汽车车身减振降噪需求,开发新型复合黏弹性阻尼材料。基于经典的自由阻尼和约束阻尼耗能原理,提出了一种含弹性约束的具有剪切和弯曲复合耗能机制的复合阻尼层结构。基于层间位移连续关系和薄板理论建立了阻尼复合板的位移方程和应变能能量方程,针对局部阻尼敷设及四边简支边界条件,结合假设模态法,推导出了复合阻尼板的运动微分方程、振动频率特征值方程等,求解得到了复合阻尼板的固有频率及损耗因子。复合阻尼层可用于研究单相材料不同参数特性及多相材料性能对比,且随着弹性层的上移,减振性能越好。复合耗能机理公式的推导,也为其在汽车上应用提供理论依据。     

智能材料结构的振动抑制

目前热门研究的智能材料结构是将材料构件与传感元件，致动元件结合成一个整体。传感元件作为信号传输与神经系统，使复合材料具有视觉和神经系统，致动件作为局部或整体的致动器完成在役时的自适应功能，形状记忆合金是智能结构最选应用的驱动元件。本文就形记忆合金作为分散致动器埋入或粘贴在结构上，利用其特殊的力学性能和物理性能，改变结构的自振频此，抑制结构振动的研究作了介绍。