含孔复合材料层合板逐渐损伤破坏分析

采用逐渐损伤模型有限元技术对含复合材料层板损伤破坏规律进行了研究，编制了面向对象的后处理软件，为损伤累积，损伤扩展与破坏以及损伤类型与模式的预测和研究提供了先进手段，并针对含孔T30／KH304复合材料层板进行了数值模拟和试验研究，研究表明，采用二维逐渐损伤模型及分析方法，以及所发展的后处理模拟分析软件能够较好地模拟含孔层合板的损伤破坏规律和位移－载荷的响应规律，以豚预测层合板的损伤类型，破坏模式和破坏强度，得到了一些有意义的结论。     

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。      

含椭圆分层损伤复合材料层合板分层前缘接触效应研究

采用基于Mindlin 一阶剪切理论的四节点板单元, 分析了分层前缘闭合接触效应对含椭圆分层复合材料层合板前后屈曲行为的影响。通过在分层区域内引入虚杆单元来防止上、下子板发生相互重叠, 并假设接触区内没有摩擦。结果表明, 分层前缘的闭合接触效应受分层几何形状的影响很大, 当椭圆分层子板的长轴与压缩载荷方向一致时, 闭合接触效应对含分层层合板前后屈曲行为最大。      

多分层对复合材料层合板自振特性的影响

基于Mindlin一阶剪切理论分项等参插值的有限元法, 建立了含多个分层损伤复合材料层合板自由振动分析的有限元模型和分析方法, 并采用线性接触模型模拟分层区域上、 下子板的相互作用。通过典型数值算例, 讨论了分层位置、 数目及板的边界条件诸参数对其振动特性的影响。结果表明: 分层位置沿板长方向变化时, 中间分层的频率变化范围较大, 表面分层变化较小, 但变化趋势基本相同; 沿层合板厚度方向, 多分层中最长分层的位置越靠近层合板中面, 则其对振动特性的影响越大; 多个分层位置较靠近层合板表面, 且板边界条件约束较弱时, 多分层与单分层对振动特性影响的差别不大, 此时, 可将多分层损伤层合板简化为单分层损伤层合板来进行振动分析。      

含分层损伤复合材料加筋层合板的动承载能力

采用有限元方法研究了含穿透分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应和承载能力。根据复合材料层合板一阶剪切理论, 推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式;同时采用Adams 应变能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法, 构造了相应的阻尼阵列式;为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象, 建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析中分层分析模型和虚拟界面联接模型。并采用Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法, 对在动荷载作用下含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了破坏和承载能力分析。通过典型算例分析, 分别讨论了外载频率、分层深度、筋的位置以及破坏过程中刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征和承载能力的影响, 得到了一些具有理论和工程价值的结论。     

含任意分层缝纫正交层合板压缩屈曲分析

建立了分析含任意形状分层的缝纫增强复合材料层合板压缩屈曲问题的连续分析模型。该模型允许缝纫层合板含有一个或多个形状不同的分层。分析结果表明,缝纫针脚在分层区域的分布、缝纫密度和缝线的等效刚度系数对分层子板的压缩屈曲应变均有较大影响。      

动荷载作用下含损伤复合材料层合板承载能力

研究了含分层损伤层合板的动力响应和承载能力。基于层合板的一阶剪切理论,采用分项等参插值方法推导了复合材料层合板刚度阵、质量阵列式,在瑞利阻尼的基础上构造了相应的阻尼阵列式;建立了用于含分层损伤复合材料层合板动力分析的分层模型和虚拟界面联接单元,以防止低阶模态中在分层处出现的上、下子板不合理的脱离和嵌入现象;同时又采用Tsai提出的0.44刚度退化准则和动力分析的Newmark法,对含分层损伤复合材料层合板结构进行了在动荷载作用下的破坏和承载能力分析;通过典型算例,分别讨论了外载频率,分层位置,以及刚度退化对含损伤复合材料动力响应特征和承载能力的影响。本文中提出的方法和得到的结论对复合材料工程设计具有参考价值。      

含多分层损伤平面编织层合板的振动特性

基于层合板Mindlin一阶剪切变形理论,研究了多处分层损伤对复合材料层合板固有特性的影响规律。根据一般分层模型,并采用线性接触模型模拟分层区域上、下子板的相互作用,建立含多个椭圆内埋型分层损伤平面编织层合板自由振动分析有限元模型。通过典型算例分析,讨论了椭圆分层区域长轴与试件纵向夹角对平面编织层合板固有频率的影响。结果表明,对于内埋型分层损伤,表面分层与中间分层对固有频率的影响区别很小;分层区域的长轴与试件纵向夹角越大,损伤对固有频率的影响越大。     

CFRP层合板抗分层损伤技术研究进展

碳纤维/聚合物基复合材料(CFRP)具有高比强度、高比模量、性能可设计、结构尺寸稳定性高、耐疲劳、耐腐蚀等优点而被广泛应用于陆、海、空、天等高性能载具中。各类碳纤维复合材料结构中,层合结构是主要结构形式。传统的CFRP层合结构中各铺层之间缺少纤维增强,故而导致CFRP层压板易产生层间分层且抗冲击损伤能力较低,因此层合板抗分层损伤和破坏方法成为关键问题和研究热点。本文综述了层合板抗分层损伤的方法,并对这些方法的适用性、优缺点进行了比较与阐述;重点归纳了利用碳纳米管提升层合板抗分层损伤的研究进展,并对碳纳米管的性能、增韧机理进行了阐述以及碳纳米管的增韧方法和效果进行了综述与归纳,讨论了"碳纳米管层间Z向增韧"进一步提高复合材料层间性能的可能性。     

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。     

用BP神经网络诊断结构破损

提出了一种基于BP神经网络的结构破损诊断方法,该方法以结构残余力向量作为破损诊断的网络输入。对网络训练样本采用广义空间格点法进行了变换,从而较好地解决了由于系统响应样本在数据空间分布不均对网络收敛速度及网络诊断精度的影响问题。应用实例表明,本文方法能准确诊断结构破损位置与严重程度,是一种有效的结构破损诊断方法。     

面向结构健康监测的神经网络性能分析与设计

面向结构健康监测,对神经网络的工作性能从概率角度给予细致分析,区分了网络工作的两类典型错误。发现了影响网络工作性能的3个参数,并且指出随着时间的推移,3个参数对网络工作性能有着不同的影响。基于上述分析提出了面向长期结构健康监测的神经网络"错误抑制策略",可以根据结构健康监测的要求来灵活抑制两类错误。最后将该策略应用于BP网络设计,重新定义了网络误差能量函数,给出了错误抑制系数的建议公式,推导了网络学习的权值修正公式。     

运用神经网络识别复合材料板刚度

提出了一种复合材料刚度识别的新方法。通过一个反向传播神经网络, 利用正交各向异性板的动态特性(固有频率) 识别复合材料板刚度。同时给出了实例用来验证此方法的有效性。      

基于小波分析和神经网络的桩身缺陷诊断

本文利用多分辨率分析提取桩基低应变动测信号功率谱的特征，作为BP神经网络的输入。通过对模型桩桩身缺陷信息的学习，预测诊断桩身缺陷类型。此外，利用小波变换的极值点诊断桩身的缺陷位置及利用小波包分析提取桩顶速度时域曲线的时、频域特征输入神经网络，通过模型桩的学习，预测诊断桩身缺损程度。工程应用实例表明，该法有一定的精度，是一种有效的桩身质量判别方法。     

纤维增强复合材料层合板分层破坏的研究

本文对纤维增强复合材料层合板的分层破坏进行了大量的试验,同时用三维有限元进行应力分析。试验和分析结果表明此类层合板的分层总是发生在θ/90界面上,该界面上不仅层间剪应力大而且层间正应力也大。通过对不同θ/90界面的临界能量释放率的测定表明,对层合板不同的θ/90分层界面的G_ⅠC和G_ⅡC是随θ角的变化而变化。文中对一个Ⅰ型,Ⅱ型耦合型能量释放率分层判据的应用作了改进,试验结果表明此改进是有效的。     

脱层复合材料梁的多参数振动反分析

本文研究了具任意脱层复合材料梁的多参数振动反分析。基于弹性理论建立了考虑横向剪切变形时复合材料脱层梁的基本方程式。对脱层梁进行了分区处理，方便地描述了脱层长度、脱层位置。利用边界条件、区间位移连续性条件和弯矩剪力平衡条件建立了反分析的特征方程式。由系统的特征方程式求出主要参数的初值，采用逐步搜索的方法，利用一阶振型振幅比值之方差为最小，求出其余待定参数。为工程无损检测提供理论依据。     

含非对称矩形分层的复合材料层合板状态分解-片条合成能量解法

根据叠加原理将横向载荷作用下的含有非对称矩形内部分层的层板进行状态分解,从而将分层问题归结为分层表面上的附加剪切载荷作用下层板附加位移与附加应力的分析,并据此建立一个仅包含分层区的简单的力学模型。进而在分层区中切取平行于边界的无限小的切片,将切片视为含分层的层合梁,其位移模态以相应的层合梁的附加位移模态表示。在此基础上构造层板分层区内满足位移边界条件的位移模态,最后用最小势能原理确定位移幅值的闭合解并且分析了分层区的应力场和能量释放率。      

运用振动反分析方法计算振动荷载

本文研究运用振动反问题理论求解振动荷载时程的问题。在Newmark法求解运动平衡方程的基础上，推导了求解振动荷载的公式。采用最小二乘法估计最可置信的荷载系数。提出了由结构对振动荷载的反应求振动荷载时程的有限元方法。通过算例验证了方法的有效性。本文为计算振动荷载提供了一种新的方法。     

含界面脱粘及表板基体开裂损伤的复合材料夹层板非线性稳定性的研究

本文作者基于"zig-zag"模型和Mindlin一阶剪切变形板理论,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征,分别提出了分层模型和多标量损伤模型,并推导了多标量形式的损伤本构关系。采用修正的 Newton-Raphson迭代格式求解含损复合材料夹层板的非线性稳定性性状。通过算例研究了脱粘面积、基体的损伤演化、表板的铺设方式及载荷形式对复合材料夹层板屈曲性态的影响。本文作者给出的有限元模型和结论,对复合材料夹层板结构设计的损伤容限的制定具有一定的参考价值。     

旋转电流变复合梁的有限元建模分析

研究了含有电流变材料层的旋转复合梁的振动特性。利用Hamilton原理和有限元方法推导了电流变夹层梁的动力学方程。分析了外加电场、旋转速度及电流变层的厚度等对梁的固有频率和模态损耗因子的影响。仿真结果表明电流变材料在外加电场作用下，能显著提高系统的阻尼损耗因子，可有效抑制旋转梁结构的振动。