弯扭载荷作用变刚度复合材料圆柱壳的屈曲优化

通过曲线纤维轨迹设计,变刚度复合材料圆柱壳将拥有比常刚度(直线纤维)圆柱壳更好的抗屈曲稳定性。为研究弯扭载荷作用下曲线纤维铺层形式和几何参数对变刚度复合材料圆柱壳屈曲性能的影响,建立了变刚度复合材料圆柱壳的参数化有限元模型,结合序列二次响应面方法和圆柱壳屈曲优化模型建立了复合材料圆柱壳曲线纤维轨迹优化的设计流程;以准各向同性铺层复合材料圆柱壳为比较基准,对弯扭载荷作用变刚度圆柱壳在不同铺层方式、不同几何参数下的屈曲性能进行了优化比较。数值结果表明:弯扭载荷作用下,变刚度圆柱壳的屈曲性能随弯矩载荷占比增加而提高,均好于准各向同性圆柱壳,但扭矩载荷占优时,优化常刚度圆柱壳的屈曲性能更具有优势。     

密肋加劲圆筒壳轴压稳定性分析

1935年Taylor在文中对各向异性壳进行了探讨,后来在文和中,从各个方面对各向异性壳进行了研究。本文利用线性理论,导出各向异性筒壳Donnell型方程的特征方程,用多元函数求极值的法则,导出轴压稳定性临界载荷,极小值存在的充要条件。若极小值存在,此值就是临界值;若不存在极小值时,临界值(最小值)必然落在允许区域内的某一界面上。这一法则,对纤维缠绕的复合材料,夹层结构等各向异性结     

三维编织复合材料圆柱壳的热后屈曲分析

通过研究三维圆型编织中所形成的空间纱线交织结构的特征,给出了改进的三细胞结构单胞模型,通过单胞的组装和变换,得到编织预制件的整体力学性能模型.基于Reddy高阶剪切变形理论,导得广义Kármán型大挠度方程,计及边界层效应,采用奇异摄动法,考虑非线性前屈曲、大挠度和初始几何缺陷的影响,给出三维四向编织复合材料圆柱壳在均匀热分布作用下的严格满足边界条件的大挠度渐近解,讨论了纤维体积含量、编织角和几何参数等因素对圆柱壳屈曲和后屈曲行为的影响.     

C/E复合材料带环肋叠层圆柱壳在均匀侧外压作用下的稳定性

本文将碳纤维/树脂复合材料当作正交异性材料,采用线弹性理论,将带肋圆柱壳的环肋看作单向应力状态下的连续分布的壳层处理,用Ritz法求得正交异性多层带密环肋圆柱壳总体稳定性方程和环肋间壳壁段稳定性方程,并做了便于工程应用的简化。对几种不同形状截面环肋的刚度参数计算,给出了具体表达式,提出了环肋材料铺设的刚度设计准则。用C/E复合带环肋截锥壳均匀侧外压试验作了部分验证。截锥壳用平均半径法做相当圆柱壳处理后,其理论值与试验值符合较好。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

轴压下圆柱加筋壳的热屈曲

圆柱加筋壳轴压和温度载荷下的稳定性是高速航天结构设计和安全评估中的关键问题。本文针对简支边界条件下纵横加筋圆柱壳在轴压和温度载荷联合作用下的屈曲问题进行了理论分析,考虑了加筋条的偏心效应以及材料属性的温度相关性,给出了临界屈曲载荷和温度载荷的解析表达式。测试算例验证了本文结果的可靠性,本文结果为研究各种几何和材料参数对轴压纵横加筋圆柱壳屈曲载荷的影响以及结构优化设计提供了重要的理论参考。     

具有中间框的等网格加筋层合壳的非线性稳定性和临界刚度计算

本文采用修正的Hahn-Tsai复合材料非线性本构关系以及应用能量法,对具有中间框加强的等同格加筋复合材料层合壳的非线性稳定性和临界刚度进行了分析计算。通过大量数例计算,分析讨论了复合材料的非线性效应对轴压和侧向外压联合作用下的等网格加筋复合材料层合圆柱壳的稳定性临界力以及中间框临界刚度的影响。这些计算结果对复合材料的结构设计具有一定的参考意义。     

复合材料机载天线罩有限元内力计算和屈曲稳定性分析

本文用有限元法计算了复合材料机载天线罩的内力,并对其进行了稳定性分析,得到了均布载荷作用下天线罩的内力和稳定性临界载荷及屈曲模态。文中选用轴对称截锥单元来离散天线罩,在应变向量阵中引入了横向剪切应变,从而考虑了剪切影响。为了避免剪切自锁,刚度的计算采用一点高斯积分法,几何刚度的推导采用Stricklin法。最终将稳定性问题归结为特征值问题。数值算例表明,对于复合材料旋转壳,横向剪切变形使其临界载荷降低;天线罩内力较大的区域集中在头部附近,失稳发生在根部附近,增加根部的厚度可改善天线罩的稳定性。     

三维编织复合材料圆柱壳轴压下的屈曲分析

根据边界层理论,采用奇异摄动法,考虑非线性前屈曲、大挠度和初始几何缺陷的影响,分析在固支条件下,三维四向编织复合材料圆柱壳在轴压下的屈曲和后屈曲性态,讨论了纤维体积含量、几何参数等因素对圆柱壳屈曲的影响.结果表明,纤维体积含量、编织角和初始缺陷对编织复合材料圆柱壳的影响是不可忽视的.     

基于三阶剪切变形理论功能梯度夹层输流圆柱壳的振动与稳定性研究

研究了功能梯度夹层圆柱壳输送流体时的振动与稳定性.使用Navier?Stokes方程推导得出作用在功能梯度夹层圆柱壳上的流体动压力.基于三阶剪切变形壳理论,利用哈密顿原理推导得出输流功能梯度夹层圆柱壳的控制方程.本文结果与已有结果的对比研究检验了本文方法的有效性.结果表明:输流功能梯度夹层圆柱壳的固有频率随着芯厚比和幂...     

考虑了横向剪切的复合材料层合圆柱壳的Karman-Donnell方程

本文从Reissner理论出发,推导了考虑横向剪切的复合材料层合圆柱壳的Karman-Donnell大挠度方程。     

剪切刚度对复合材料层合扁球壳非线性振动屈曲的影响

本文采用突变理论，建立了复合材料层合扁球壳非线性振动屈曲的突变模型，分析了剪切刚度对复合材料层合球壳非线性振动屈曲性态的影响。     

整体中空夹层复合材料力学性能的实验研究

研究了整体中空夹层复合材料的复合成型工艺,制作了满足要求的实验件。对整体中空夹层复合材料经、纬向的侧拉、侧压、平拉、平压、双层剪切和4点弯曲等性能进行了实验研究,获得了该种材料的主要力学性能参数,并与类似的蜂窝夹层材料部分力学性能进行了对比。分析了整体中空夹层复合材料经、纬向性能的差异以及材料的失效形式,得到了一些有益的结论,为该种材料的结构设计和性能分析奠定了重要的基础。     

复合材料夹层壳的一致有效大挠度理论

复合材料夹层壳是航空航天领域中重要的结构,但它的理论特别是非线性理论还需要进一步发展,才能满足工程应用的要求。本文根据能量误差一致原则和量阶分析方法,利用Lagrange描述法首先得到复合材料夹层壳的一致有效Green应变张量,协调方程和第二Piola-Kirchhoff应力张量。据此和几个基本假设进一步获得了复合材料夹层壳的内力、内力矩的本构方程。应变能密度函数和位能泛函。再利用最小位能原理,得到了平衡方程和边界条件。这些方程在小应变,中/小转动一阶近似的意义上是一致有效的。 根据Koiter伪扁壳概念,对已获得的方程作进一步的近似处理和推导,本文最后获得复合材料夹层伪扁壳的Donnell型方程。     

斜拉索在平面内的非线性固有振动特性分析

研究斜拉索在平面内的非线性固有振动特性。从考虑抗弯刚度和垂度影响的斜拉索在平面内发生横向振动的非线性自由振动方程出发,对斜拉索发生单模态振动进行了分析,将拉索运动微分方程简化为带平方项的Du ffing方程,用摄动法求取反映该平方项影响的近似解析解,然后通过求解派生系统的特征值问题来分析拉索模态之间的耦合作用对拉索非线性动力学性质的影响,并与单模态振动分析结果进行了对比和验证。最后结合工程实例讨论分析了斜拉索重量、抗弯刚度、拉伸刚度、张力和倾斜角度对其非线性固有振动特性的影响。     

压型钢板-轻骨料混凝土组合楼板纵向剪切承载力试验研究

对7块压型钢板-轻骨料混凝土组合楼板进行了纵向剪切承载力试验,研究了轻骨料混凝土组合楼板纵向剪切承载力影响因素和计算方法。研究结果表明:剪跨越小,组合楼板越厚,组合楼板纵向剪切承载力越高;设置横向抗剪钢筋也会明显增加纵向剪切承载力,并且抗滑移能力提高显著。分别采用m-k法和部分抗剪连接(Partial shear connection,PSC)法得到了计算该类型压型钢板-轻骨料混凝土组合楼板纵向剪切承载力的重要参数,其中所得m,k系数应用于纵向剪切承载力计算时相比其他文献所得值更加准确,交界面纵向剪切强度与剪跨比呈线性相关,两种方法均能较准确预测纵向剪切承载力,为轻骨料混凝土组合楼板的工程设计提供了试验数据及理论基础。     

复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲分析

为了建立复合材料加筋壁板承受压缩载荷下屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法,对复合材料加筋壁板进行了压缩稳定性试验和有限元分析研究。采用特征值分析法对加筋壁板进行了屈曲分析,得到加筋壁板的屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;根据加载端的载荷-位移曲线采用弧长法(Riks),得到了弧长法的屈曲载荷及后屈曲承载路径;引入失效准则,得到后屈曲直至破坏的承载能力。对比两种有限元分析法与试验结果可以得到:加筋壁板的后屈曲承载能力很大,特征值法分析屈曲载荷较弧长法更精确,而弧长法可以更好模拟后屈曲行为,建立的分析法与试验结果吻合较好。     

Nomex蜂窝芯静态压缩屈曲与后屈曲分析

基于自动铺丝工艺,为获得良好的蜂窝夹层结构自动铺放成型质量,建立了Nomex蜂窝芯在压辊压力下的屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法。采用线性屈曲分析法(特征值分析法)对蜂窝单元进行屈曲分析,得到一阶屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;引入初始结构几何缺陷,采用非线性屈曲分析法(弧长法)对Nomex蜂窝单元后屈曲行为进行分析,输出参考点RP-1的载荷-位移曲线,得到弧长法计算的屈曲载荷以及极限载荷值。通过对比试验结果与两种屈曲分析法得到:对于分析临界屈曲载荷,特征值法较弧长法更精确;而弧长法可以更好模拟结构的后屈曲行为,计算结果与试验数据基本吻合,为Nomex蜂窝夹心结构自动铺放成型过程中铺放压力的选取提供参考。     

复合材料层合板结构的广义强度准则

在试验研究的基础上,将复合材料层舍板看作一个"宏观各向异性板",提出了一种基于试验的复合材料层合板结构广义强度准则的二次完备表达式,并分析了表达式中各参数的试验求解方法.对3种典型铺层的层合板进行纵向拉伸、纵向压缩、横向拉伸、横向压缩、面内剪切等简单裁荷以及双向拉伸、拉剪组合(纵向、横向)等组合栽荷试验.给出了不同铺层形式下广义强度准则表达式中各项系数值.采用该强度准则预测复杂应力状态下的破坏应力与试验值吻合较好.