新型四边形广义协调层合板单元

基于一阶剪切变形理论（FSDT）,本文采用面积坐标构造一种新型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）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;（2）单元每边的剪应变由Timoshenko层合厚梁理论来确定,对单元域内的剪应变场进行合理的插值;（3）将四边形面积坐标法与广义协调理论相结合,求解单元挠度场。针对位移复合材料板单元提出了一种新型应力杂交化后处理方法来改善单元计算应力的能力,使位移型单元可以简单和正确地预测层合板的应力,特别是层间横向剪应力的解。本文单元,记为TACQ20,不存在剪切闭锁现象,对位移和应力都可以得到高精度的结果。     

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。     

复合材料对称层合板特征值问题的灵敏度分析

由于复合材料层合板的横向剪切模量较低,因此基于克希霍夫理论而计算的层合板特征值及其灵敏度与实际情况相差较大。本文采用层合板的一阶剪切变形理论,将纤维铺设角、材料参数和从层合板的中面到第K层板上表面的距离Z_K视为设计变量,研究了对称层合板特征值的灵敏度计算问题。     

基于NASTRAN的复合材料层合板层间应力分析

基于MSC.PATRAN/NASTRAN软件,采用一种准三维混合有限元模型,计算了复合材料层合板的层间应力,得到了层间应力对层合板面内应力分布的影响规律,为合理设计层合板,优化层间剪切强度,扩大层合板的应用范围,提供了分析手段和理论依据;这种准三维混合模型的有限元计算方法,提高了复合材料层合板的分析效率和分析精度,也为其他复合材料结构分析提供了新的分析思路和途径.     

基于高阶剪切变形理论的复合材料层合板精化单元法

基于高阶剪切变形层合板理论(该理论满足层间位移、应力连续条件)建立了一种精化方法,由此建立了三角形精化板单元.该单元满足单元间C1类弱连续条件,其收敛性得到保证,且具有列式简单、计算效率和精度高的优点.      

复合材料层合板自由振动的谱切比雪夫解法EI北大核心CSCD

采用二维谱切比雪夫法(2D-ST),对一般边界条件下复合材料层合板的自由振动进行了分析。基于一阶剪切变形理论(FSDT),采用边界弹簧技术模拟任意边界条件,推导了复合材料层合板的能量方程表达式。利用二维谱切比雪夫法求解能量方程,得到了任意边界条件下复合材料层合板的自由振动特征方程。在数值算例中,通过与其它方法的计算结果进行对比,验证了所提出方法的收敛性和准确性,并在此基础上研究了弹性模量比和铺设角对复合材料层合板振动特性的影响。     

复合材料层合板的固化残余应力和变形分析

本文采用非线性有限元方法研究了复合材料层合板在固化后期降温过程的残余应力和变形问题。考虑了材料的热物理与力学性质随温度的变化以及变化率和应力间耦合的影响。给出了一些有意义的结果。     

对称层合板复合材料的屈曲变形解析

提出了如何利用2 元多项式位移函数来分析层合板复合材料的屈曲问题。在解析中同时 考虑到层合板的面外剪切变形。解析表明屈曲载荷在多项式项数大于20 以上时趋于稳定, 可得到 高精度的解。本文并对对称角铺设层合板进行了系统地数值解析, 明确了在各种边界拘束条件下 材料的工程弹性系数, 层合板长宽比, 铺层数, 层合角对屈曲载荷的影响, 从而以达到优化设计。同 时, 验证了本解析法对任意边界条件下的层合板的屈曲解析是非常有效的。      

各种边界条件对称正交复合材料层板自由振动的解析法

寻求各种边界下的复合材料层板的解析解(除简支边界外)历来是不太容易的.本文以一阶剪切理论为基础,通过引入位移函数,得到了这类层板在各种边界条件下的解析解.将算例与Rayleish-Ritz等方法的结果作了比较.     

含分层损伤复合材料层合板非线性动力稳定性

采用Reddy 的板高阶剪切变形简化理论研究了含分层损伤复合材料层合板的非线性动力稳定性问题。建立了分层模型, 推导了考虑几何非线性和阻尼效应的Methieu 方程, 给出了该方程的解析解表达式; 研究了参数振动解的稳定性; 然后通过典型数例讨论了分层损伤对层合板固有频率、屈曲临界力以及动力稳定区域的影响; 研究了保守与非保守体系的外载荷的激励频率对层合板第一参数振动的振幅的影响, 以及线性、非线性阻尼对非保守体系的最大牵引深度的影响。由典型算例讨论可知, 随着复合材料层合板分层损伤的扩大, 其动力稳定性能逐渐减弱, 特别是损伤接近层合板的中面时, 分层损伤对其动力稳定性能的影响最大。      

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。     

位移型板单元内力解的杂交化后处理

本文针对如何提高位移型板弯曲单元内力解的问题进行了一些探讨,在总结位移型和杂交型有限元的特点基础之上,提出了利用杂交元原理对位移型单元内力解进行重算的后处理方案：首先由位移型板元求出单元结点位移;其次假设满足平衡方程的单元内力场,并利用杂交能量泛函原理确定其与单元位移之间的联系,进而求出单元内力解。数值算例表明,本文所提出的方法可以明显改善多种板弯曲单元内力解的性态,使单元在获得较精确的位移解的同时,又可获得较好的内力解,而且又不使单元列式过于复杂。本文为改善位移型有限元的内力和应力解提供了一条可行的新途径。     

双模数复合材料层板分析中的一种新方法——有限层元素法

一种分析双模数复合材料层板的新方法——有限层元素法在本文中提出,与文献[1]提出的有限层法相比,精度有明显提高。与其它文献中的已有解比较,吻合较好。      

纤维增强复合材料层合板屈曲性态分析的边界元法

本文用边界元法分析了纤维增强复合材料正交各向异性层合板的屈曲性态。为了克服在用边界元法求解正交各向异性层合板屈曲时寻求相应的基本解的困维,本文采用了双重傅立叶级数和引用等效荷载的概念,建立了层合板屈曲临界荷载的特征方程。算例说明了本文方法的可行性和有效性。      

压电作动器对热变形层合板形状修复研究

基于一阶剪切效应Mindlin板理论,建立了在热载下含分布式压电作动器的复合材料层合板有限元分析模型和控制方程,分别研究了该板在内外表面存在温差的情况下的热变形,以及使用压电作动器对热变形区域进行形状修复的问题;在分析中考虑了压电作动器与复合材料层合板间含有胶接层的影响。由典型算例结果讨论,得到如下结论:1)使用压电作动器可以有效地对复合材料层合板的表面热变形形状进行修复;2)压电作动器的分布位置对修复效果影响很大;3)在电压达到一定数值后,继续增加电压值对修复效果贡献很小。     

基于分层设计变量的复合材料层合板优化设计及灵敏度分析

在复合材料层合板的结构优化设计中,提出分层设计变量的优化方法以满足实际工程需要。在结构位移、自振频率和屈曲临界荷载灵敏度分析中,给出了刚度矩阵对分层厚度和分层角度设计变量的灵敏度计算公式,考虑了分层厚度变化引起层合板对称中心的改变,保证了计算准确性。数值算例验证了灵敏度算法的精度,应用实例显示了分层设计变量方法的实用性。     

复合材料加筋层合板的极限强度分析

基于更新拉格朗日格式,应用非线性层合三维退化壳元,结合有效的复合材料失效准则、刚度退化模型以及提出的刚度矩阵奇异判断准则,对复合材料加筋层合板在轴向载荷作用下的压缩极限强度问题进行深入研究。讨论了铺层方式、板厚等对极限强度的影响。通过与试验结果进行比较,表明基于提出的刚度矩阵奇异判断准则,结合增量更新拉格朗日格式下非线性层合三维退化有限元的计算方法,能有效计算复合材料加筋层合板的轴向压缩极限强度,并具有很高的精度。     

A PARTIAL HYBRID DEGENERATED PLATE/SHELL ELEMENT FOR THE ANALYSIS OF LAMINATED COMPOSITES

A degenerated plate/shell element based on the combined energy variational principle and the equivalent single-layer model is proposed. It is derived from the 3-D continuum equation by imposing one constraint on the 3-D isoparametric solid element: a straight line normal to the mid-surface before deformation remains straight but not normal after deformation. The continuities of interlaminar stresses are satisfied at the interlaminar surface and the number of degrees of freedom per node is independent of the number of layers. In this work, the combined energy variational principle is used to overcome transverse stress continuity limitations of single-layer models. The traction-free conditions are satisfied on the upper and lower surfaces of a laminate by assuming the transverse stress components independently. The transverse normal strain is taken into account in order to consider the full 3-D effect in a laminated composite. The iso-function method and the classification method of the stress modes are used to construct the assumed stress field which contains a minimum number of stress modes and guarantees no zero energy mode in the element stiffness matrix. Three examples are presented to illustrate the efficiency and accuracy of the element.