缝纫泡沫芯夹层结构低速冲击损伤分析

在缝纫复合材料泡沫芯夹层结构低速冲击试验研究基础上,文章开展了低速冲击损伤数值分析。首先利用有限元软件分别对未缝纫和缝纫的复合材料泡沫芯夹层结构低速冲击下的损伤面积进行了数值估算,发现两者的上面板损伤面积均大于下面板的损伤面积,但两者的主要损伤模式不同,未缝纫夹层结构的主要损伤模式为上面板损伤,而缝纫夹层结构主要以泡沫芯材压碎损伤破坏为主。有限元计算结果与试验结果吻合较好,证明文中所建立模型的正确性。随后模拟计算了冲击能量、上面板厚度、泡沫芯材厚度、缝纫密度、落锤冲击位置等五个因素变化对缝纫泡沫芯复合材料夹层结构损伤面积的影响,并进行了相关的理论分析。     

以复合材料层合板为面板的夹层板皱屈计算

为分析复合材料夹层板面板的皱屈特性,本文首先讨论了弹性基础上反对称正交铺设层合板的稳定性计算。然后通过假定夹芯的位移模式,使夹芯的变形能与一等效弹簧系统变形能相等,求得夹芯的等效基础系数。最后,提出了一个对称皱屈载荷的计算公式。     

缝合泡沫夹层复合材料平压性能及数值模拟

针对泡沫夹层复合材料在压力作用下因易开裂导致性能下降的情况,使用碳纤维作为缝线,对碳纤维布和泡沫缝合制备了缝合泡沫夹层复合材料,探究其在受到平压载荷作用下的平压性能和平压破坏模式;利用ABAQUS模拟软件进行缝合泡沫夹层复合材料建模,并进行静力学分析;使用桁架单元模拟纤维树脂柱的受力情况,基于Hasin失效准则模拟上下纤维面板,使用三维实体单元模拟泡沫夹芯。研究结果表明：缝合夹层复合材料实验和模拟分析得到的压缩强度和压缩模量误差分别为13.74%和16.09%,说明该模型具有一定的可信度和可用性;在平压载荷作用下,缝合泡沫夹层复合材料的主要承力部分是纤维树脂柱,并且可以观察到纤维树脂柱与纤维面板处出现一定的应力集中现象;缝合泡沫夹层复合材料的破坏主要为纤维柱与面板连接处之间的断裂失效,泡沫压缩变形过程实验与模拟也较为相符。     

仿蝴蝶形蜂窝结构夹层板的振动特性研究

为了探讨负泊松比夹层板共振问题,明晰多模态共振机理,本文基于蝴蝶仿生结构,构建仿蝴蝶形蜂窝夹层板,提升抑制工程应用中共振发生的能力。应用Reddy高阶剪切变形理论,推导仿蝴蝶形蜂窝夹层板的位移场。利用Von-Karman大变形理论以及Hamilton原理,探讨四边简支边界条件下仿蝴蝶形蜂窝夹层板的非线性偏微分方程。借助Navier法并引入双三角级数形式研究系统的固有频率。研究结果表明：仿蝴蝶形蜂窝夹层板的固有频率与传统负泊松比蜂窝夹层板相比有所提高,使夹层板在应用过程中发生共振的可能性相对降低;仿蝴蝶形蜂窝夹层板的固有频率随夹层板总厚度、芯层蜂窝胞元的角度参数和长度参数的增加而增大,随芯层厚度系数的增加呈抛物线走势,对仿蝴蝶形蜂窝夹层板避免多模态共振的设计和应用具有一定指导意义。     

反对称角铺设夹层板的稳定与振动

用解析法求解简支边界条件下以角铺设层合板为面板的反对称铺设复合材料夹层板的弹性屈曲和横向振动问题,导出了对应于Hoff型夹层板理论的临界载荷和固有频率的计算式。     

用有限元方法求解复合材料夹层板的动态特性

引言由复合材料迭层板作为面板而制成的夹层结构,当分析其动态问题时,因为夹芯的剪切模量较面板的剪切模量小,而必须考虑夹芯沿厚度方向的剪切变形外,面板的横向剪切效应也不能忽略,这就需要考虑夹层结构的耦合效应。一般来说,夹芯是用较软的粘弹性材料制成,具有较高的阻尼值,因而,夹芯对结构减振效果的影响,已为越来越多的人们所关注。     

Vibration and Acoustic Response of Sandwich Panels with Flexible Core Under Thermal Environments

软芯夹层板热环境下声振特性研究

韩敬永^1,2,于开平¹,宋海洋¹,李向阳¹

（1．哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

2．中国运载火箭技术研究院,北京,100076）

创新点说明：

同时考虑对称和反对称变形,建立了软芯夹层板热环境下声振特性分析模型,并揭示了温度及夹层板参数对结构振动特性及辐射声场声压级的影响规律。

研究目的：

考虑夹层板对称变形,针对软芯夹层板热环境下的振动和声辐射特性进行理论建模。

研究方法：

同时考虑对称和反对称变形利用哈密顿变分原理推导了热环境下夹层板的振动控制方程,通过自由振动分析得到了夹层板在热环境下的临界屈曲温度、固有频率和振型,利用模态叠加法和瑞利积分分别求得了夹层板受迫振动响应及辐射声场的声压级。分析了芯层泊松比、芯层厚度和温度载荷对夹层板固有频率的影响机理,研究了膨胀模态及温度载荷对夹层板振动和辐射声场声压级的影响。

结论：

研究发现固有频率随温度升高而降低,低阶弯曲模态和高阶膨胀模态固有频率对温度变化比较敏感;膨胀模态使得振动响应反共振频率向低频移动;随温度载荷升高响应共振峰频率向低频移动,且由于阻尼随温度升高而增大导致响应峰值降低。该理论模型可以为热环境下夹层板的应用提供一定的指导作用。

关键词：夹层板,对称运动,振动,声辐射,热环境

     

复合材料波纹夹层结构弯曲性能研究

为研究不同芯层结构弯曲性能,对芯板结构为矩形、梯形、三角形和余弦形的复合材料波纹板进行三点弯曲试验,利用ABAQUS仿真软件对复合材料夹层结构进行试验仿真.仿真结果表明在相同尺寸、厚度和晶格数目条件下,夹层结构芯层和下面板首先发生破坏.通过对不同芯层弯曲刚度计算可知,矩形芯板弯曲刚度较高.     

考虑尺寸效应的夹芯结构拓扑优化设计

文章研究了夹芯结构中周期性单胞构型设计时尺寸效应。以夹层板的宏观响应为目标函数,将夹层板的上、下面板作为非设计域,在满足给定的体积约束情况下,采用变量关联技术和凸规划对偶优化算法设计不同尺寸的三维夹芯表征体胞构型。最后,根据优化结果深入分析并探讨了单胞尺寸和材料用量对夹芯结构构型设计的影响。     

金属折叠夹芯结构几何参数对面外压缩性能和能量吸收的影响

基于Miura折纸样式,以薄铝板制备折叠夹芯和折叠夹芯夹层板.通过面外压缩试验研究夹芯材料厚度为0.2 mm、0.3 mm和0.5 mm下夹芯和夹层板的力学性能与变形模式,发现面板约束使峰值力分别提高了11.1倍、4.2倍和3.4倍,平均压溃力分别提高了3.8倍、1.5倍和2.4倍;通过试验和模拟相结合的方法,得到单元...     

考虑粘结刚度时夹层板的振动频率

对简支边界条件下以正交铺设层板为面板的复合材料夹层板的横向振动进行了求解，在求解中包括了面板的耦合刚度和面板与夹芯间的粘结刚度．计算结果表明，当粘结刚度超过某一值时，可以认为面板与夹芯粘结完好，但当小于这个值时，粘结刚度对自振频率会产生很大的影响，影响程度与面板铺层、夹芯性质、板的长宽比及振动模态有关．作为一个特例，对正交铺设层板中间一个层间界面存在滑移时其振动频率的变化进行了讨论．     

电流变液夹层板结构的动态特性分析

作为一种新型智能材料,电流变液的应用研究近年来受到很大重视。本从电流变液的特性出发,对小变形条件和中低电场作用下含电流变液夹层板结构的动态特性进行了理论和实验研究。在经典的夹层板理论基础上建立了含电流变液夹层板结构的有限元模型,计算结果与激光全息试验结论吻合较好,说明该模型是可行和有效的。研究表明：随着外加电压的升高,电流变液夹层板的共振频率向高频移动,模态阻尼迅速增大,相应的共振峰值受到抑制。     

Vibration of functionally graded sandwich doubly curved shells using improved shear deformation theory

Nonlinear forced vibrations and natural frequency of sandwich functionally graded material doubly curved shallow shell with a rectangular base are investigated. The sandwich functionally graded material (FGM) doubly curved shell is subjected to a harmonic point load at centre. The sandwich doubly curved shell with homogeneous face sheets and FGM face sheets is considered respectively when the natural frequencies are studied. Reddy’s third order shear deformation theory is expanded in which stretching effects in thickness are considered by introducing the secant function. Hamilton’s principle and von-Karman type nonlinear geometric equation are applied to obtain partial differential equation of the FGM sandwich doubly curved shell. Comparative studies with other shear deformation theories are carried out to validate the present formulation. Navier method is used to discuss the natural vibration frequencies of the FGM sandwich doubly curved shell. Numerical simulation is applied to demonstrate the nonlinear dynamic responses of the FGM sandwich doubly curved shell. Multiple periods, quasi-period and chaos are detected for the dynamic system for different core thickness.     

预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能试验

为研究钢-混凝土组合梁经预应力碳纤维板加固后的受弯性能,设计4根预应力碳纤维板加固试件和1根不加固的对比试件. 5根试件均为工字形钢-混凝土组合简支梁,采用四点弯曲静力加载.锚固装置为自主研发的装配式预应力碳纤维板锚固系统,碳纤维板与钢梁之间的锚固主要依靠端部锚具,并辅之以专用环氧胶的黏结作用.试验中考虑碳纤维板的加固量和预应力水平两种因素对加固效果的影响.结果表明:加载全过程截面应变基本符合平截面假定;增大碳纤维板的加固量能提高钢-混凝土组合梁的抗弯极限承载力;增大碳纤维板的预应力有助于提高钢-混凝土组合梁的屈服承载力,对结构抗弯刚度贡献有限;破坏阶段碳纤维板有断裂和剥离两种形式,其强度利用率可达到80%以上.所采用的锚固系统锚固力大、可靠度高,工程实用价值大;预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合梁,能有效提高结构的抗弯承载力,是一种补强效果很好的主动加固技术.     

含初始缺陷的蜂窝夹芯板疲劳行为

借助四点弯曲装置,对含有初始芯面脱焊缺陷的钢质蜂窝夹芯板开展了室温疲劳行为研究.载荷比为0.20,载荷水平在15％ ～90％.通过考虑不同脱焊尺寸研究该类结构的失效,得到疲劳寿命S-N曲线和疲劳极限.利用曲线拟合和外推技术,得到疲劳阈值为105次不发生破坏的临界缺陷尺寸为7.04 mm.失效模式分析表明:当芯子和面层脱焊缺陷尺寸为30 ～40 mm时,较易发生脱焊区的整体横向断裂;缺陷尺寸为15 ～20 mm时,主要以脱焊尖端的蜂窝芯壁撕裂和坍塌为主.     

压电复合材料层合板弯曲变形及脱粘损伤的有限元分析

采用作者新近提出的四节点压电复合材料层合矩形板弯曲单元,对表面粘贴有压电驱动器的复合材料层合板在外加电场和外载荷作用下的弯曲变形进行了分析。通过与相关文献中结果的比较验证了程序的正确性和单元的有效性。研究了不同铺层形式(特别是非均衡性)对层合板弯曲变形的影响规律,并分析了压电驱动器部分脱粘对驱动变形的影响规律。结果表明:驱动器的脱粘损伤对层合板的弯曲变形会产生较大的影响,甚至可能会导致压电驱动器驱动功能(形状控制)的失效。     

Effect of plastic deformation on diffusion-rolling bonding of steel sandwich plates

Diffusion bonding is one of the most important techniques for composite materials, while bonding temperature, holding time, and rolling reduction are the key parameters that affect the bonding strength of sandwich plates. To study the effect of plastic deformation on the bonding strength, laboratory experiments were carried on a Gleeble Thermal Simulator to imitate the diffusion-rolling bonding under different reductions for steel sandwich plates. The bonding strength and interlayer film thickness were measured, and the element diffusion was analyzed using line scanning. The relationship between the bonding strength and ＂diffused interlayer＂ thickness was investigated. It has been found that the bonding strength increases with reduction, whereas the interlayer film thickness decreases gradually as the reduction increases. The diffusion under plastic deformation is obviously enhanced in comparison with that of nil reduction. The mechanism of plastic deformation effect on the diffusion bonding and related models have been discussed.     

硅酸钙-聚氨酯夹芯板的抗弯性能

为研究非金属面夹芯板受弯破坏时的力学性能,考虑芯材剪切变形的影响,利用力与变形的平衡微分关系,推导并简化在均布荷载和集中荷载作用下单跨简支夹芯板的弯曲变形与承载力计算公式．通过真空加载和沙袋堆载分别对硅酸钙-聚氨酯夹芯板进行了两组弯曲试验,并用软件ABAQUS进行了有限元模拟,分别得到其正常使用极限状态和承载能力极限状态时的变形和破坏荷载,以及相应的荷载-位移曲线．结果表明,理论计算简化公式、试验结果和有限元结果三者吻合较好,因而该理论简化公式可用于计算这种非金属面夹芯板的弯曲变形和承载力．