基于新修正偶应力的增强型Reddy层合板热尺度效应分析

基于新修正偶应力理论,提出复合材料增强型Reddy层合板热尺度效应模型.该模型只含有一个材料长度参数l,同时将首次引入厚度方向的旋转变量.通过虚功原理推导出平衡方程,并且利用纳维方法,分析热载作用下细观复合材料层合/夹层方板的位移和应力.数值计算表明:该模型能够很好地捕捉板的热尺度效应,随着材料长度参数增大,板的热尺度...     

复合材料层合梁理论

层合梁理论是分析复合材料层合梁和加筋层合结构力学响应的基础.本文基于Mindlin假定导出了横向层合梁、纵向层合梁和组合层合梁一阶剪切变形理论.给出的理论既能够精确计算各层合梁的刚度值,又能考虑各刚度之间的耦合效应.为不失一般性,三种层合梁的本构方程均考虑了热效应.     

Reddy高阶组合梁的非线性有限元分析

该文基于Reddy高阶梁理论,提出了小变形双层组合梁的隐式运动学假定;应用拉格朗日乘子法,将该隐式关系引入到组合梁的最小势能原理,得到了考虑各子梁和粘结滑移层非线性材料特性的高阶组合梁非线性位移法有限单元,且该单元可以容易地转化为非线性Timoshenko和Euler-Bernoulli组合梁有限单元。随后,该研究分别应用提出的Reddy、Timoshenko和Euler-Bernoulli组合梁有限单元对双跨连续钢-混凝土组合梁进行了准静力分析,考察剪切效应对组合梁构件的挠度、粘结层滑移和截面应力的影响,且参数分析了组合梁的跨高比对剪切效应的影响。参数分析表明：短粗组合梁结构往往表现出显著的剪切效应,Newmark假定不再适用。     

复合材料层合梁和夹层梁屈曲问题数值分析

该文基于锯齿理论构造了两节点梁单元,并用此单元分析了软核夹层梁屈曲问题。该文使用的锯齿理论能够预先满足层间应力连续条件,并且未知变量的个数独立于层合梁的层数。为了说明锯齿理论的准确性,Reddy理论和一阶理论也被选择作为比较。数值结果表明:基于锯齿理论构造的梁单元能够准确的预测软核夹层梁的临界载荷,然而Reddy理论和一阶理论明显高估了此结构临界载荷。     

不同梁理论之间简支梁特征值的解析关系

利用Euler-Bernoulli梁理论(EBT)、Timoshenko梁理论(一阶理论,TBT)和Reddy三阶梁理论(RBT)之间,梁的特征值问题在数学上的相似性,研究了不同梁理论之间特征值的关系。将特征值问题的求解转化为一个代数方程的求解,并导出了不同梁理论之间梁的特征值之间的精确解析关系。因此,只要已知梁的经典结果(临界载荷和固有频率),便很容易从这些关系中获得一阶和三阶梁理论下的相应结果。另外,从这些关系中获得的含有剪切变形影响的结果,可以用于检验一阶和三阶梁理论下梁数值结果的有效性、收敛性以及精确性等问题。     

基于修正单层梁理论的夹层梁最大弯曲正应力计算

目的计算夹层梁横截面的最大弯曲正应力。方法将夹层梁等效成等截面均质单层梁,进而推导出了理论计算公式,并在此基础上进行了三点弯曲试验的算例研究。结果当破坏载荷与夹层梁横截面的尺寸一定时,随着芯层与总厚度比的增加,修正单层梁理论计算的最大正应力值逐渐增加,而单层梁理论计算的结果为恒定值。对于同样结构的夹层梁,随着芯层弹性模量与表层模量比的增加,修正单层梁理论计算的最大正应力与单层梁理论的差异值越来越小。结论修正单层梁理论与层合梁理论计算的结果是一致的,该方法可有效进行最大弯曲正应力的预测与计算。     

铸轧辊套热膨胀及热应力的有限元分析

本文在利用已有的有限差分法求解获得铸轧辊辊套温度场的基础上,采用有限元法分析了铸轧辊辊套相应的热变形和热应力。获得了热变形结果,以及在铸轧辊中产生的各种应力情况,其中第四强度理论的最大相当应力为703.7MPa,所得结果有助于解释辊套为何需采用用高强度钢材。     

基于三维梁理论的复合材料层合管等效抗弯刚度

针对任意铺层形式和任意壁厚复合材料圆形层合管件,提出一种等效抗弯刚度的计算方法。此方法采用符合复合材料圆形管件梁真实变形的变形理论,考虑横向剪切变形,非均匀扭转效应,主、次挠曲效应和层合材料的三维弹性效应,按照壳壁中实际应力状态,建立了复合材料圆形管件等效抗弯刚度的计算模型。通过与4种铺层管件的三点弯曲实验结果以及经典层合板理论计算的等效抗弯刚度进行对比,验证了计算模型的正确性。通过退化与各向同性材料抗弯刚度的计算方法进行对比,分析了计算模型的适用性。      

压电控制层合梁的振动分析

本文分析由压电材料进行控制的复合层合梁,利用哈密顿原理分析压电效应与结构变形的耦合作用,考虑到电场条件对结构变形的影响,推导出压电层合梁的运动方程,并求得了压电层合梁固有特性与电场的关系.并以两端简支层合梁为算例进行分析,并将计算结果与实验结果进行比较,从而证明了本文分析方法的正确性.     

变截面压电层合梁自由振动分析

考虑压电材料的质量效应和刚度效应,将表面粘贴或埋入式压电悬臂梁看作变截面梁,研究压电材料对智能结构固有特性的影响。基于一阶剪切变形理论导出压电层合梁的抗弯刚度和横向剪切刚度,计及梁的剪切变形和转动惯量,采用Timoshenko理论推导变截面压电层合梁的频率方程。给出了T300/970压电层合梁和硬铝压电层合梁的前3阶固有频率,并和有限元结果、等截面梁的计算结果进行比较。计算表明,压电材料对压电结构固有频率和固有振型的影响显著,在以振动控制为目标的压电结构动力学建模过程中,有必要考虑压电材料的质量和刚度。     

压电功能梯度层合梁的力-电-热耦合梁单元及最优振动控制

给出了一个压电功能梯度层合梁振动分析的两节点力-电-热耦合梁单元,并将其用于功能梯度层合梁的振动最优控制。在这个多场耦合梁单元中,功能梯度材料的等效力学性能用Voigt或Mori-Tanaka模型表征;梁的位移场用Shi改进的三阶剪切变形板理论描述;压电层的电势场用Layer-wise理论分层表征,且呈高阶非线性电势场的压电层可离散成数个子层。用Hamilton原理推导了压电功能梯度梁的力-电-热耦合单元列式,用拟协调元法给出了多场耦合梁单元的高计算效率的显式单元刚度矩阵,以及采用线性二次型(LQR)最优控制算法进行压电功能梯度层合梁的最优振动控制。使用所得力-电-热耦合梁单元进行了压电功能梯度层合梁的静力和动力分析。数值算例表明,所得力-电-热耦合梁单元可靠、准确和高效,LQR最优控制算法得到最优控制电压可有效抑制功能梯度梁的振动且实现控制系统能量的优化。     

层合开口桩壳热应力问题的解析解

基于具有任意混合边界条件的Hellinger－Reissner广义变分原理,在柱坐标系下,导出正交各向异性层合开口柱壳混合状态方程和边界条件算子方程的弱形式,建立了层合开口柱壳的热应力混合方程,化混合方程为Hamilton正则方程,在求解中利用Hamilton矩阵的性质和矩阵传递法,保证了层间应力和位移的连续性,给出了任意厚度层合开口柱壳在热荷载和机械荷载共同作用下的解析解。本文提出的方法弱化了求解方程,物理概念清晰,无需特殊技巧,具有一般性和便于推广。本文也为验证其它数值方法的正确性和计算精度提供了考题和依据。     

6061Al／SiC层合复合材料在交变温度场作用下热应力的有限元分析

对 60 61Al/ Si C层合复合材料在交变温度场作用下的热应力进行数值分析。采用ANSYS有限元分析软件中的结构单元 ,将金属铝视为弹塑性材料 ,且采用 Mises随动强化塑性模型 ,同时计及温度对材料性能的影响 ,计算了不同温度下的残余塑性变形和热应力 ,并给出了2 0 5℃至 2 0℃交变温度场作用下的残余热应力循环曲线 ,数值计算结果与实验数据复合较好。本文的研究工作为该复合材料的疲劳寿命的预报提供良好的理论基础。     

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。     

6061Al／SiC层合复合材料在交变温度场作用下热应力的有限元分析

对６０６１Ａｌ／ＳｉＣ层合复合材料在交变温度场作用下的热应力进行数值分析。采用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件中的结构单元，将金属铝视为弹塑性材料，且采用Ｍｉｓｅｓ随动强化塑性模型，同时计及温度对材料性能的影响，计算了不同温度下的残科塑性变形和热应力，并给出了２０５℃至２０℃交变温度场作用下的残余应力循环曲线，数值计算结果与实验数据复合材料好。本文的研究工作为该复合材料的疲劳寿命的预报提供良好的理论基础。     

复合材料粘弹性本构关系与热应力松弛规律研究Ⅰ:理论分析

基于均匀化理论研究了复合材料粘弹性分析的多尺度方法, 以及复合材料等效热应力松弛规律。引入了等效粘弹性热应力系数张量和等效时变热膨胀系数的概念, 建立了含温度变化的复合材料热粘弹性本构关系, 并给出了基于均匀化理论的复合材料粘弹性松弛模量、等效热应力松弛系数和等效时变热膨胀系数的预测方法。对特殊复合材料的粘弹性性质进行了分析, 结果表明: (1) 复合材料的粘弹性本构关系具有与常规材料的本构关系类似的形式, 但一般复合材料的热应力松弛规律与常规材料不同, 其热膨胀不能瞬时完成, 而具有明显的时变性质;(2) 空心材料的热膨胀具有瞬时性质, 其等效时变热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数相同, 其热应力松弛规律与基体材料的松弛规律相同;(3) 当各组分材料的松弛模量的各分量可分解成不同的系数与相同的时间函数的乘积时, 复合材料的等效时变热膨胀系数与时间无关, 其松弛规律与常规材料的松弛规律完全相同。     

静不定结构的热应力分析

分析了受约束机构内材料热应力存在的危害,给出静不定结构内热应力的定量描述方式:弹性变形状态时,热应力仅与线膨胀系数、弹性模量及温度变量成正比关系;当热应力达到材料在某温度下的屈服强度时,其热膨胀发生弹塑性转变,热应力为当时温度下的屈服强度。采用热模拟试验机测试了材料的温度与热应力关系,分析结果与数值模型基本吻合,测出刚性约束下45钢在升温至620℃时热应力等于其屈服强度约200 MPa。     

复合材料层合梁接触损伤问题的分析

将连续介质损伤力学的分析计算方法与层合梁无损伤接触问题的分析相结合, 分析层合梁在接触载荷作用下, 层间胶层的损伤分布及应力分布。采用逆解法得到复合材料层合梁无损伤接触问题的解答, 在此基础上, 用附加载荷法与迭代法, 进行接触损伤分析, 得到了层间胶层的损伤分布及应力分布。计算结果显示, 该方法收敛性好, 求解简单。      

SMA纤维混杂层合梁的振动分析

提出一类形状记忆合金(SMA)纤维混杂层合梁的数学模型。采用多胞模型、形状记忆合金一维本构关系分析方法,同时考虑铁木辛柯剪切和马氏体相变的影响。目的是为了更进一步了解层合梁的振动控制。SMA纤维用来作为驱动器,它能够改变弹性模量和回复力,以此改变梁的频率。分析了SMA纤维含量、铺设角度和横向剪切变形的影响。结果表明,通过激活形状记忆合金纤维及改变初始变形,对层合梁的自振频率有很强的控制和调节能力。