单向复合材料板的非线性本构关系

本文用余应变能密度导出了单向复合材料板在平面应力状态下的一般的非线性本构关系,然后用单向拉伸(纵向和横向)和双向拉伸试验验证了单向复合材料板在纵向和横向应力之间不存在非线性耦合,从而获得了一个简化而又实用的本构关系,最后用偏轴拉伸试验对理论的正确性作了验证。      

复合材料非线性本构关系的机算机模拟

本文对单向连续纤维增强复合材料的弹塑性本构关系进行了数值模拟。首先提出了基于统一弹粘塑性本构理论的有限无法,然后利用微观力学模型研究了弹性纤维增强弹粘塑性基体的复合材料应力——应变关系。      

复合材料非线性本构关系的机算机模拟

本文对单向连续纤维增强复合材料的弹塑性本构关系进行了数值模拟。首先提出了基于统一弹粘塑性本构理论的有限无法,然后利用微观力学模型研究了弹性纤维增强弹粘塑性基体的复合材料应力——应变关系。     

针刺C/C-SiC复合材料剪切非线性本构关系

为研究针刺C/C-SiC复合材料的剪切损伤行为,首先,进行了面内剪切加卸载实验,并利用SEM对复合材料的剪切破坏形貌进行了观测;然后,建立了一种塑性与损伤相结合的非线性本构模型描述复合材料的非线性力学行为,以幂函数描述等效塑性应变与等效应力的关系;最后,基于剪切强度的Weibull分布规律提出了一种指数型损伤变量表征剪切刚度的退化,并通过实验数据拟合得到模型中的参数。结果表明:复合材料在卸载后存在明显的残余应变,卸载模量随载荷的增加不断降低,表现出明显的剪切非线性特征;大量无纬布纤维束和纤维单丝拔出,且易在针刺部位发生破坏;由于针刺部位等缺陷的不规律分布,剪切强度存在一定的分散性,符合指数型Weibull统计分布规律;复合材料的剪切非线性主要由基体开裂和纤维/基体界面脱粘等内部损伤引起,从宏观上可以解释为塑性变形和刚度性能折减。所得结论表明本构模型能够很好地表征C/C-SiC复合材料的面内剪切非线性行为。      

橡胶材料的非线性黏弹性本构方程

橡胶是一种非线性黏弹性材料,准确描述其非线性黏弹性力学响应的本构方程是橡胶材料及制品设计优化的关键。文中基于超弹性模型和并行流变模型(PRF)描述了橡胶材料的非线性黏弹性响应特征,重点探讨了由实验数据确定PRF本构方程材料参数的方法。首先通过单轴拉伸实验数据拟合得到超弹性模型,将应力松弛实验数据拟合得到表征材料线性黏弹性的模型-Prony级数,再将Prony级数转化为初始的PRF模型,进而不断优化得到PRF模型的准确材料参数,最后进行实验验证。结果表明,PRF模型计算的不同应变下的应力松弛数据与实验数据之间的误差仅为0.067%,PRF能准确地描述橡胶材料非线性响应的应力松弛行为。     

复合材料蠕变本构关系及实验测定Ⅰ.本构关系

蠕变是复合材料最重要的力学性能之一,实验表明:复合材料在蠕变条件下的变形可以分为弹性变形、粘弹性变形和粘塑性变形.应用不可逆过程的热力学和广义变量的概念可以分析材料的蠕变变形.本文首先回顾了热力学的基本方程;基于Schapery本构关系的假设和思路推导了蠕变本构关系的一般形式,其中包括弹性变形、粘弹性变形和粘塑性变形;考虑到广义力选取的不唯一性,本文提出了广义力选取的原则以使得到的本构关系尽可能地简单;由此本文给出了复合材料的一维蠕变,各向同性复合材料的二维蠕变和纤维增强复合材料平面内的蠕变的本构关系.     

混凝土弹性-徐变的本构关系

混凝土的变形不仅和加荷后的时间(t-τ)有关,而且和加荷时刻混凝土的龄期有关,应变和应力之间成复杂的积分式关系。由于本构关系的复杂性,对钢筋混凝土或预应力混凝土超静定结构未能圆满求解。在特定情况作者曾给出本构关系的Laplace变换形式并提供求解方法。本文就当前国际上所给出的弹性-徐变的普遍形式给出t→∞时应变、应力之间的代数关系(线性或非线性),以及在周期荷载下,例如长期温度变化,应变、应力的线性关系。为简单计,本文仅考虑一维的应变、应力问题,不难按照文[2]推广到三维情况。当本构关系确定后可按文献[1]、[2]方法求解预应力混凝土的框架和板、壳问题。     

形状记忆合金超弹性本构关系的神经网络模型

通过试验，研究了受过循环变形、具有稳定超弹性变形性能的形状记忆合金丝在拉伸到不同应变幅值条件下卸载的超弹性变形行为。根据试验测得的结果，提出了基于神经网络的形状记忆合金超弹性本构关系模型，并把模型计算的结果和实验数据进行了比较分析，结果表明，该模型具有很高的精度。该模型避免了已有模型在参数确定上的困难，具有一定的工程应用价值，为建立形状记忆合金本构模型提供了一个新的思路。     

基于非线性本构关系的复合材料风机叶片有限元极限分析与设计

为了研究具有三维复杂构形的复合材料风机叶片的逐次破坏过程和极限承载能力, 将复合材料细观力学非线性本构理论桥联模型与有限元软件ABAQUS通过用户子程序UGENS结合起来对风力发电机叶片结构进行极限强度分析。只需提供纤维和基体的材料性能参数、 纤维体积含量以及蒙皮和增强筋的铺层数据包括铺设角、 层厚和铺层数, 就可预报出复合材料复杂叶片结构的整体承载能力以及叶片破坏所处的位置, 为正确评估和合理设计风机叶片结构提供了一种简便有效的分析方法。以一种20kW风机叶片为例, 用此方法实现了新型复合材料叶片结构的极限分析和合理设计, 提高了叶片的强度和刚度, 有效降低了叶片的重量。本文中的方法同样适用于其它复合材料复杂结构的极限分析与强度设计。      

基于非线性黏弹性本构模型的轮胎滚动和生热

轮胎的滚动阻力和自生热是造成轮胎失效的原因之一,轮胎内部能量的产生主要取决于轮胎中橡胶材料的黏弹性能量耗散。文中基于超弹性模型和并行流变模型(PRF)描述了橡胶材料的非线性黏弹性响应特征,提出了一种预测实心轮胎温度分布和滚动阻力的方法。首先将线性黏弹性Prony级数转化为PRF模型的初始参数,并利用Isight软件根据多应变工况加载得到的应力松弛测试数据来校准材料参数,然后采用显式-热力耦合分析方法分析基于Prony级数和PRF模型的实心轮胎滚动过程的差异。结果表明,Prony级数无法描述橡胶材料的非线性行为,在显式动力学下计算的轮胎生热结果为0;PRF模型可以表征橡胶材料的非线性行为,并且计算的轮胎模型在0.3 s内温度上升了0.14℃。     

求解层合板非线性屈曲问题一般方法的若干讨论

用广义傅立叶级数法建立具有弹性约束的复合材料层板在面内载荷作用下的非线性稳定性控制方程组后,讨论了非齐次项对方程组性质的影响,该非齐次项包含了所有的边界条件信息、外载信息及初始缺陷信息,可直接用作层板发生屈曲与否的判据。从数学上阐明了产生前屈曲耦合挠度的原因,并进一步从矩阵理论和非线性泛函两方面证明了前屈曲解的唯一性,进而提出了求解复合材料层板非线性稳定性问题的一般方法。     

各向异性层合板壳的弹塑性分析

用最小二乘配点法对各向异性层合扁薄壳体的弹塑性弯曲问题进行分析。文中以双五次样条函数为位移试函数,采用弹塑性增量理论和由Hill推广的Huber-Mises屈服准则,把材料塑性变形的影响作为等效荷载处理,从而使推出的基本迭代公式为一常系数线性代数方程组,然后用变步长增量加载和初应力法求解。算例证明该法收敛快、精度高,是一种简便、经济的分析方法。     

复合材料层合板屈曲稳定性优化设计及其灵敏度计算方法

笔者在有限元分析基础上研究了以屈曲稳定性作为约束条件或优化目标的复合材料层合板结构优化设计及其灵敏度分析方法,重点讨论了屈曲临界荷载灵敏度对内力场和载荷的依赖关系及其在铺层优化、尺寸优化和形状优化问题中的不同计算方法,并在JIFEX软件中实现了复杂结构复合材料层合板优化设计方法。数值算例验证了本文算法和程序的有效性。     

复合材料板壳分析的样条有限点法

本文提出一个分析复合材料板壳的样条有限点法,建立了静力分析、热效应分析、稳定性分析及动力分析的新计算格式。这个方法是以B样条函数、高阶剪切变形理论及变分原理为基础而建立的,由于采用样条离散化,不存在剖分协调问题。利用这个方法分析复合材料板壳,不仅计算简便,而且精度也高。     

复合材料层合板壳热弹性动力响应

本文提出了一个复合材料层合扁壳的位移场。据此导出了在力载和热载作用下的板壳运动方程。该位移场满足层间位移和横向剪应力的连续性,较充分反映了横向剪切对层合板壳力学行为的影响,但位移场的变量和运动方程均为五个,与一阶剪切变形理论相同。文中以暂态响应为例考察了横向剪切变形对层合板壳动力响应的影响,显着改善了解的精度。      

板壳非线性分析的新理论新方法

提出了板壳非线性分析的新理论新方法.首先建立了下列几个新的本构关系:塑性应变向量增量与总应变向量增量的新关系,热塑性应变向量增量与总应变向量增量及温度应变向量增量的新关系,粘塑性应变向量增量与总应变向量增量的新关系,热粘塑性应变向量增量与总应变向量增量及温度应变向量增量的新关系.这些关系分别称为弹塑性应变增量理论、热弹塑性应变增量理论、弹粘塑性应变增量理论及热弹粘塑性应变增量理论,避开了屈服曲面、加载曲面、流动法则及复杂的非线性应力应变关系.其次建立了非线性样条无网格法,这种方法是以新的本构关系、几何非线性理论、变分原理、广义变分原理、加权残数法及样条离散化为基础建立的,避免了经典本构关系及有限元法带来的巨大困难及缺陷,不仅计算简便,而且精度高,收敛速度很快.建立了板壳非线性分析的统一格式,对板壳的几何非线性分析、材料非线性分析及双重非线性分析都适用.     

复合材料迭层板壳有限单元法现状分析

本文从剖析单元构成因素的角度出发,综合评述了目前用于复合材料板壳结构分析的各种有限单元,分析了这些单元的特点及其适用范围,并说明Mindlin类等参板壳单元广泛应用迭层板壳的原因以及存在问题、解决办法。还深入地讨论了杂交单元应用至迭层板壳计算的优点。     

以正交铺设层合板为面板的夹层板的临界载荷

本文求解了简支边界条件下,以正交铺设层合板为面板的复合材料夹层板在总体对称铺设和总体反对称铺设情况下的稳定问题。导出了这类夹层板对应于Hoff型夹层板理论的临界载荷计算式,并简要分析了面板耦合刚度对临界载荷的影响。