新型矩形蜂窝夹芯夹层加筋圆柱壳抗水下爆炸冲击载荷分析

提出了一种新型矩形蜂窝夹芯夹层加筋圆柱壳结构形式。分析了其在水下爆炸冲击载荷下的动力响应特征及     

几何参数对旋转薄壁圆柱壳振动特性的影响

摘 要: 本文基于Love壳体理论对旋转薄壁圆柱壳的自由振动特性进行分析,讨论几何参数对圆柱壳振动特性的影响。针对五种边界条件,分别分析厚度与半径之比、半径与长度之比对旋转薄壁圆柱壳固有频率特性的影响;探讨半径与长度之比对系统振型比的影响。分析结果表明：圆柱壳固有频率随着厚度与半径之比的增加而单调增加,增加幅度较小。半径与长度之比对圆柱壳固有频率与振型比的影响显著,且随其增大固有频率及振型比均不单调变化。由此可知,细长圆柱壳的振动特性与短粗圆柱壳的振动特性差异显著,研究结果为圆柱壳的动力学分析提供理论依据。     

轻质弱辐射的阻尼夹芯复合材料圆柱壳的优化设计

基于三维弹性理论,对阻尼夹芯复合材料圆柱壳在简谐点力作用下的振动声辐射进行优化研究。建立了以总质量、基频和模态阻尼为优化目标的多目标函数优化模型,对纤维层和芯层厚度分布和铺层方式进行优化设计;经与其他文献及"有限元+边界元"法得到的结果对比,验证了三维弹性理论的计算结果的有效性;分析了三明治夹芯圆柱壳的振动和声辐射的影响因素,发现芯层中面线位置高于整壳中面线时有利于提高基频,降低声辐射功率;且随着铺层角的增加,固有频率呈抛物线型变化趋势,模态阻尼比则逐渐减小。经优化设计,声功率一阶共振频率向高频方向偏移20 Hz,最大声功率降低11.66 dB,200 Hz以下的低频段,声功率峰值密度明显降低。     

树脂柱对复合材料夹层板屈曲及动力学性能的影响分析

应用有限元软件ANSYS,分析树脂柱对点阵增强型复合材料夹层板力学性能的影响.对夹层板建立物理模型,采用8节点SOLID45实体单元,计算夹层板的屈曲、自由振动以及受冲击荷载时的瞬态动力响应.研究了树脂柱的材性及分布对夹层板屈曲载荷及自振频率的影响,讨论了瞬态冲击荷载作用下树脂柱对降低竖向动力位移的正面作用.结果显示,树脂柱的存在对夹层板的力学性能有一定影响,其中树脂柱的材性对夹层板屈曲及动力学特性的影响有限,而树脂柱的疏密程度对点阵增强型复合材料夹层板的力学性能有着明显的改进作用.     

载荷脉宽对圆柱壳瞬态响应的影响分析

为认识载荷脉宽对圆柱壳瞬态响应及其对X射线冲击响应模拟等效性的影响规律,定义了等效性评价指标即平均应变差异。以四种不同尺寸的典型圆柱壳为对象,分别加载六种冲量相同、脉宽不同的三角形脉冲载荷,通过数值模拟,获得了平均应变差异Δε随脉宽变化的关系,从结构特性角度分析了变化的原因。发现Δε主要受t/τ(脉宽占比)控制,t/τ≤0.45时,平均应变差异在20%以内。所得结果可为模拟X射线冲击环境的试验设计、结果评估和数值模拟提供参考。     

复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

对完整复合材料圆柱壳轴向压缩性能进行了试验研究,得到了圆柱壳结构的破坏载荷和各测量点的载荷-应变曲线,通过分析得出结构的破坏形式为屈曲破坏。利用ANSYS有限元软件建立了模型,对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,将有限元计算的结构变形和屈曲载荷与试验结果进行对比,计算结果与试验结果一致,验证了模型的有效性。利用建立的有限元模型,分析了开口尺寸和铺层角度对含矩形开口的复合材料圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖对结构进行补强,补强后的柱壳结构满足强度设计要求。     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

复合材料夹层板芯层内树脂柱对性能的影响

应用商业有限元软件ANSYS,将芯层树脂柱和泡沫分开划分单元,对含有树脂柱的点阵增强型复合材料夹层板建立物理模型,进行弹性力学分析。研究了树脂柱分布和材料特性对芯层与面层间的应力分布以及板竖向位移的影响,分析了树脂柱对于增强面层和芯层间抗剥离能力的作用。结果显示,树脂柱的存在增加了夹层板的抗弯刚度,树脂柱的材料特性和疏密程度对夹层板上芯层与面层层间的应力分布有一定的影响。     

面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性影响分析

面芯脱粘是复合材料夹芯结构常见的损伤形式。本工作综合考虑面芯界面损伤演化、分层屈曲以及分层扩展的耦合作用,建立了深水静压载荷下复合材料夹芯圆柱壳极限承载能力预报方法。基于非线性极限载荷计算方法,通过预制初始缺陷,开展了含面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性分析,揭示了典型面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳失效模式及极限承载的影响机理,得到不同面芯脱粘形式、脱粘尺寸、脱粘位置的影响规律。研究发现,随贯穿面芯脱粘长度增加,结构失效模式发生整体屈曲→混合屈曲→局部屈曲演化;外蒙皮/芯层面芯脱粘对含环向贯穿面芯脱粘复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高,内蒙皮/芯层界面脱粘对含纵向贯穿面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高;对于多个局部圆形面芯脱粘,沿纵向分布越集中、沿环向分布越离散,结构极限承载损失率越高。研究成果对面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳的优化设计与可靠性评估具有很好的指导意义。     

加肋圆柱壳结构的FE-BE算法网格尺度划分原则研究

研究结构有限元耦合流体边界元算法(FE-BE算法)中结构湿表面的网格尺度划分原则具有十分重要的意义。以有限长加肋圆柱壳为研究对象,采用波数谱分析方法分离出结构主振型分量(携带能量最多的振动模式)。根据分析结果提出FE-BE算法中结构湿表面的网格尺度划分原则,并采用FE-BE算法验证了该原则的有效性。     

复合材料圆柱壳中心受横向集中载荷作用的渐进破坏非线性有限元分析

旨在建立能够正确预计复合材料圆柱壳的屈曲和后屈曲渐进破坏行为的模拟策略。采用有限元方法和Hashin失效准则进行模拟,基于该失效准则编写了用户材料子程序,然后插入到商用有限元软件ABAQUS中。分析了中心受横向集中载荷作用复合材料圆柱壳板,壳板的2条直边弹性支持,2条曲边自由。为了探讨弹性边界条件和集中载荷作用点应力集中的影响,将有限元分析结果与文献中的试验结果进行了比较,提出了一种合理的弹性边界选取依据。研究结果表明,在建模中考虑了弹性边界和集中载荷作用点处存在的应力集中后,本文中模拟的结果与文献中的试验结果比较接近,模拟精度明显高于文献中报道的结果。这也验证了本文中建立的模拟策略的合理性。     

复合材料柱面壳压缩性能分析

对三分之一复合材料柱面壳进行压缩性能试验研究与理论分析, 试验得到柱面壳的破坏方式为屈曲破坏。利用有限元法对其建模分析和静强度分析, 得到的静强度远大于屈曲强度, 因此柱壳应该首先发生屈曲破坏, 这与试验结果相符; 且理论计算所得的屈曲强度与试验结果相符, 说明该模型可以用来分析整个复合材料柱壳的压缩破坏行为, 研究结果可为柱壳的结构设计提供参考。对比某一载荷下理论模型与实际模型上对应点的应变, 发现二者结果相符, 证明有限元建模有效。然后分别对理论模型进行屈曲分析。      

Finite element buckling analysis of rotationally periodic laminated composite shells

A finite element (FE) buckling analysis of rotationally periodic laminated composite shells is performed in this paper. Because the buckling mode of such structures is characterized as rotationally periodic, a corresponding FE buckling analysis scheme is proposed to reduce the computational expenses. Moreover, a new kind of relative degrees‐of‐freedom element is developed, which can be connected to other solid elements with ease and can yield satisfactory results with a relatively coarse FE mesh. Numerical results of two laminated cylindrical shells subjected to lateral pressure are compared with theoretical ones. The good agreement of them shows the validity of this new computational strategy. Finally, a practical structure is analysed to demonstrate the advantage of this method. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

叠层复合材料圆柱壳的细-宏观阻尼特性预测

研究了叠层复合材料圆柱壳的细-宏观阻尼特性。基于Reissner-Naghdi薄壳理论,给出了圆柱壳的振动微分方程,在分量变量的过程中,采用Haar小波级数表示轴向振型,Fourier级数表示环向振型,通过边界条件求解积分过程中出现的未知系数,进而得到用于分析圆柱壳自由振动特性的特征方程;基于单层混杂材料的细观力学阻尼计算方法和多胞模型,分别获得单层复合材料的等效阻尼特性和等效弹性特性,利用复模量法对复合材料圆柱壳的阻尼特性进行预测。通过与其他文献中阻尼预测的结果进行对比,验证了该研究所采用方法的有效性;进一步针对四种典型的边界条件,即固支-固支(C-C)、固支-简支(C-S)、简支-简支(S-S)、固支-自由(C-F)等边界,从细-宏观层面分析了纤维含量、环向波数、铺层方式和几何参数等因素对复合材料圆柱壳阻尼特性的影响规律。     

充液压电阻尼圆柱壳的有限元建模

基于Mindlin板理论、压电理论、粘弹性理论和理想流体方程，对充液圆柱壳主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的建模进行了研究。利用拉格朗日方法得到结构的动力学方程，利用GHM方法描述粘弹性阻尼的本构关系，结合流体方程建立主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的动力学方程。建立从压电材料的电压到流固耦合边界下的圆柱壳结构振动的频响函数，利用实验结果对理论计算加以验证，结果表明该建模方法是可行的。     

复合材料圆柱壳的轴压屈曲失效试验

为了研究高径比大于1的复合材料圆柱壳的轴压屈曲性能及其失效模式,对2组单向纤维圆柱壳和3组外侧环裹环向纤维圆柱壳进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,利用有限元模型分析了单向纤维圆柱壳两种屈曲形式的破坏机制,对比分析了两种铺层试件的轴压性能。结果表明:单向纤维复合材料圆柱壳出现先纵向劈裂后板壳屈曲和先柱壳屈曲后纵向劈裂的两种破坏模式;外侧环向纤维可改善圆柱壳的轴压性能,屈曲发展有一定的阶段性并表现出延性特征,破坏形式和承载力均较为稳定。     

A functional for shells of arbitrary geometry and a mixed finite element method for parabolic and circular cylindrical shells

In this study a higher‐order shell theory is proposed for arbitrary shell geometries which allows the cross‐section to rotate with respect to the middle surface and to warp into a non‐planar surface. This new kinematic assumption satisfies the shear‐free surface boundary condition (BC) automatically. A new internal force expression is obtained based on this kinematic assumption. A new functional for arbitrary shell geometries is obtained employing Gâteaux differential method. During this variational process the BC is constructed and introduced to the functional in a systematic way. Two different mixed elements PRSH52 and CRSH52 are derived for parabolic and circular cylindrical shells, respectively, using the new functional. The element does not suffer from shear locking. The excellent performance of the new elements is verified by applying the method to some test problems. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

模具对柱面复合材料构件固化变形影响的有限元分析

针对复合材料构件固化变形问题, 分析了复合材料热压罐成型固化过程的多场耦合关系, 考虑模具的作用, 建立了柱面复合材料构件固化过程的有限元分析模型。基于此模型, 研究了模具材料、 模具厚度和模具形式对柱面复合材料构件固化变形的影响。结果表明: 模具对柱面件固化变形的影响较大, 模具材料与构件材料热膨胀系数(CTE)不匹配程度影响构件回弹角的大小; 模具的厚度不同, 导致构件的不同回弹角; 采用阴模时, 构件回弹角小于阳模的, 且回弹方向相反。     

一种基于Layerwise理论的压电复合材料层合圆柱壳机电耦合有限单元

基于Reddy的Layerwise理论,对含压电铺层的复合材料层合壳的静力响应特性进行了理论研究。基于Layerwise理论,推导了含压电层的复合材料层合壳的应变分量与电场强度表达式。利用Hamilton原理和变分法,推导了压电智能层合壳的欧拉-拉格朗日方程,并采用有限元解法,建立了相应的有限元控制方程及其机电耦合刚度矩阵。通过算例结果与文献中的精确解和试验值进行了对比,表明相较于传统的经典层合板壳理论,本文理论方法的有效性和优势性;并分析了径厚比等参量对两端简支压电智能层合壳静力响应值的影响规律。