A computational model for analysing interactive buckling and delamination growth in composite structures

In this paper, a unified method is presented: (i) to model delaminated stiffened laminated composite shells; (ii) for synthesising accurate multiple post-buckling solution paths under compressive loading; and (iii) for predicting delamination growth. A multi-domain modelling technique is used for modelling the delaminated stiffened shell structures. Error-free geometrically nonlinear element formulations — a 2-noded curved stiffener element (BEAM2) and a 3-noded shell element (SHELL3) — are used for the finite element analysis. An accurate and simple automated solution strategy based on Newton type iterations is used for predicting the general geometrically nonlinear and postbuckling behaviour of structures. A simple method derived from the 3-dimensionalJ-integral is used for computing the pointwise energy release rate at the delamination front in the plate/shell models. Finally, the influence of post-buckling structural behaviour and the delamination growth on each other has been demonstrated.     

PBP驱动器率相关迟滞特性研究及其线性化控制

后屈曲预压缩压电双晶片(Post-buckling pre-compression,PBP)驱动器作为一种大行程压电舵机驱动器,存在着严重的率相关迟滞现象。为了使PBP驱动器能够作为具有较高控制精度的微小型飞行器舵机驱动器,利用基于Bouc-Wen模型的Hammerstein率相关迟滞模型对其进行参数识别,并通过试验验证了该模型能够较好地预测PBP驱动器的率相关迟滞特性;在此基础上为PBP驱动器设计一种具有在线自适应能力的前馈单神经元PID复合线性化控制器,在多种单复合频率信号作用下对其控制回路进行位移跟踪半实物仿真试验,并与基于径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络PID控制器进行对比,结果表明前馈单神经元PID控制器具有更快的响应速度和更高的控制精度。     

基于压杆后屈曲的直条型通心面力学质地

为了阐明直条型通心面弯曲折断的形变规律,探讨其力学质地(弹性模量和抗弯能力),并与中国挂面进行比较。利用扫描仪对不同品牌通心面进行端部轴向位移量的中点挠度和端部转角两个形变参数的测定;利用物性仪对其力学质地进行测定。结果表明:用压杆后屈曲理论分析直条型通心面弯曲形变行为是准确、可行和可靠的;其弹性模量最佳测试条件为试样长度180mm、端部转角20°,测定值在4.1×109N/m2左右,比中国挂面高1.1×109N/m2左右;采用断裂点弯曲应力评价直条型通心面的抗弯能力误差较小,其断裂点弯曲应力在36.0N/mm2左右,比中国挂面高22.3N/mm2左右。     

考虑腹板屈曲后强度时钢梁刚度计算

利用腹板屈曲后强度设计的钢梁,达极限承载力状态时的截面刚度比梁全截面有效时的刚度小。本文使用有限元分析的方法,研究腹板高厚比和翼缘宽厚比对腹板屈曲后的梁截面刚度的影响。引入刚度修正系数来考虑梁截面刚度的减小,提出了简支梁有效截面惯性矩、刚度修正系数的计算公式和钢梁刚度的计算方法。     

热环境中功能梯度材料圆板的自由振动

基于von Kaman经典板理论,建立了功能梯度材料圆板在升温场内的大挠度动力学控制方程.将控制方程的响应分解为热过屈曲静态解和振动解两部分,得到了功能梯度材料圆板在热过屈曲平衡构形附近小振幅线性自由振动的微分方程.采用打靶法同时求热过屈曲和振动问题的控制方程,得到了随温度载荷变化的热过屈曲平衡路径以及前三阶固有频率的数值解.分析和讨论了板的材料梯度参数、温度场分布参数、边界条件等因素对过屈曲变形和振动响应的影响.分析中考虑了功能梯度板的组份材料的物性参数对温度的依赖性.     

侧边边界条件对复合材料加筋板轴压载荷下屈曲和后屈曲性能的影响

为研究侧边边界条件对复合材料加筋板压缩稳定性能的影响,首先采用有限元软件对压缩载荷作用下的复合材料加筋板进行建模数值计算,得到加筋板在侧边简支和自由2种边界条件下的屈曲载荷和形式,然后采用工程计算方法对加筋板轴压承载能力进行了估算,参考计算结果,分别对侧边有支持和侧边自由2组加筋板进行轴向压缩试验,分析侧边边界条件对试验件的屈曲形式、屈曲载荷以及后屈曲破坏过程的影响。试验结果表明：侧边支持条件会影响加筋板的屈曲形式和破坏形式。对于侧边有支持的试验件,屈曲后整体变形较小,筋条的压缩断裂是主要的破坏形式;而侧边自由的试验件屈曲后会逐渐出现整体弯曲变形,变形引起的筋条脱粘和弯曲断裂则是主要的破坏形式,且筋条脱粘会显著降低结构的承载能力。有限元计算结果与试验结果较吻合,验证了有限元模型的合理性。采用工程计算方法对侧边有支持的加筋板承载能力进行估算具有较好的精度。     

脱胶缺陷尺寸对复合材料加筋板屈曲及后屈曲特性的影响

为确定脱胶缺陷对复合材料加筋板屈曲及后屈曲特性的影响,对含不同脱胶缺陷工型筋条的复合材料加筋板进行了压缩试验研究。结果表明,30 mm和50 mm的缺陷对试验件承载能力影响很小,当缺陷尺寸增至80 mm时,试验件后屈曲承载能力明显下降。借助超声检测技术对缺陷的扩展行为进行了监测,结果表明,当压缩载荷达到破坏载荷的85.3%时,预制缺陷的对角位置处出现扩展迹象。通过影像云纹法获得两半波和三半波失稳模态的形成过程。对失稳模态的监测结果还表明,随缺陷长度增加,该型加筋板的失稳模态从三半波向两半波转换。在试验基础上,利用ABAQUS软件建立有限元（FE）模型,依次进行了屈曲及后屈曲过程的数值模拟。屈曲分析用于获得试验件的失稳载荷及模态,在后屈曲分析中将失稳波形以几何扰动的形式引入FE模型,最终计算结果与试验结果基本吻合,表明该模型可以用于复合材料加筋板屈曲及后屈曲性能的预测。     

固井过程套管串屈曲变形分析

针对深井固井过程套管串失稳变形现象,选取垂直井眼内轴向零点以下套管串为研究对象,考虑套管与井壁的接触摩擦以及套管串的变截面结构,采用有限元结构稳定性分析方法对受压套管串进行失稳计算。将求得的多阶失稳波形叠加值作为套管的初始位移值,再采用接触非线性分析方法模拟套管串与井壁之间的接触摩擦,分析了变截面对套管屈曲变形的影响。对管柱受压屈曲分析具有重要的理论意义和应用价值。     

反对称角铺设复合材料层合板热后屈曲和模态跃迁分析

为有效分析反对称角铺设复合材料层压板热后屈曲性能,由渐近修正几何非线性理论推导双耦合四阶偏微分方程（即协调方程和动态控制方程）,通过双Fourier级数将耦合非线性控制偏微分方程转换为系列非线性常微分方程,从而获得相对简单的求解方法。使用广义Galerkin方法求解与角交铺设复合层合板相关的边界值问题,研究了模态跃迁前后不同复杂程度的后屈曲模式。通过四边简支、面内不可移边界下复合层合板的数值计算表明：该解析法与有限元方法在主后屈曲区域的计算结果有很好的吻合性;有限元方法在解靠近二次分岔点时失去收敛性,而解析法仍具有深入探索后屈曲区域和准确捕捉模态跃迁现象的能力。