轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应

建立了一种普遍的解析理论用于研究确定性载荷作用下轴向受载的单对称Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应。首先通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程，给出了计算其自由振动的精确方法，并导出了轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁自由振动主模态的正交条件。然后利用简正模态法研究了确定性载荷作用下轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应，该梁所受到的载荷可以是集中载荷或分布载荷。最后假定确定性载荷是谐波变化的，得到了各种激励下封闭形式的解，并针对具体算例讨论了动力弯曲位移和扭转位移的数值结果。     

弹性地基梁单元的二次开发与应用

基于Euler梁理论和最小势能原理推导了带轴力项的Euler梁单元的刚度矩阵。结合弹性地基梁理论与坐标转换矩阵得到了在整体坐标系下的弹性地基梁的刚度矩阵。据此编制了ABAQUS用户单元子程序,进行了算例验算,结果表明:所编写的弹性地基梁单元精度高,可以用于工程实际计算。     

高精度微分求积曲梁单元的建立与应用

首先由能量原理导出曲梁弯曲问题的控制微分方程，在此基础上应用微分求积法原理分别给出了曲梁内点和端点的微分求积方程，由此形成曲梁单元的刚度方程，从而建立了微分求积曲梁单元，并给出了曲梁结构刚度方程的边界条件。通过算例分析，得到了微分求积单元法结构离散时应使单元数量少的原则和求解精度与单元长度比基本无关的性质。与有限元方法的结果比较表明，本文导出的曲梁单元是一种具有很高求解精度的单元。》     

集中载荷冲击下梁的动态塑性响应分析

作为航空结构中基本结构元件之一的梁,其在冲击载荷下的动态塑性响应,已经有众多实验和理论方面的研究结果.但是由于研究结果大都基于不同几何尺度、边界和载荷条件,为了更好地相互比较这些已有的实验和理论研究结果,有必要将这些研究结果中诸多的物理参量正则化为无量纲的形式.本文利用结构动态响应中的重要无量纲数--赵氏响应数Rn(n),对受到集中载荷冲击下梁动态响应的若干结果,重新表述为新的简洁形式,用于其分析不同边界条件下梁的动态塑性响应.     

旋翼桨叶动力分析及内力计算中有限元法的改进

提高用有限无法进行桨叶动力分析、特别是内力计算的精度是本文工作的主要目的。本文建立了变剖面旋转梁协调单元族,给出了位移函数为三次、五次、七次幂多项式时变剖面旋转梁协调元的几何刚度矩阵显表达式。文中还提出了直接用节点位移计算内力的“动刚度法”。作为例子,用所给出的有限元和方法计算了桨叶弯曲振动固有频率、振型及模态弯矩。计算结果表明,工作可以达到预期的目的。     

弹性支撑条件下分段轴压阶梯梁自由振动及稳定性分析

分析了在各种经典及其派生弹性支撑边界条件下任意多段分段常轴压阶梯梁的自由振动和稳定问题,得到了形式统一的封闭解析解。首先采用分布传递函数方法,得到了轴压等截面梁在各种边界条件下自由振动及稳定性分析的解析解,然后根据分段轴压阶梯梁横截面弯曲刚度和轴向压力沿轴线的变化情况,将梁分成多段子梁,再利用各子梁的解析解以及各子梁间的位移连续和力平衡条件,得到粱的各阶自由振动频率和失稳载荷及其相应的模态形状。最后通过三阶梯梁的三个算例验证了本文方法的正确性,并针对各种边界条件,计算了各种边界条件下分段轴压四阶梯梁自由振动的前三阶固有频率和失稳载荷参数,分析了固有频率和失稳载荷与其模态形状的关系,探讨了弹性支撑条件下轴压阶梯梁固有频率随弹簧常数的变化趋势。     

加筋板稳定性微分求积单元法分析

板和加筋板结构的稳定性特性,是设计人员十分关注的一个问题。本文首次采用新近提出的微分求积单元法分析了各向同性加筋板的稳定性问题,建立了微分求积梁单元和板单元,并给出了详细的分析过程。通过与现有结果的对比验证了所建立的分析过程和程序的正确性。计算结果表明:微分求积单元法具有简单、收敛速度快、计算量少和精度高等优点。     

适用于复杂空间结构的快速载荷提取技术

应用有限元理论中的节点力公式并对其进行矢量合成,解决了复杂空间结构计算规模较大无法获取截面动载荷的问题。该方法基于截面单元刚度矩阵和节点位移列阵的物理信息,具有不改变截面连接刚度、求解速度快的优点,对静力学和动力学载荷提取均有较好的求解精度,其正确性已通过典型梁、壳、体单元模型算例验证。该方法原理清晰,具有普适性,后续可推广到运载火箭和空间飞行器截面载荷计算工作中。另外还针对不同计算规模给出可行有效的载荷提取方案。     

复合材料波纹腹板梁坠撞试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹腹板梁在坠撞过程中的吸能性能,对复合材料波纹腹板梁试验件进行了动态冲击压溃试验研究,得到了试验件的损伤破坏形貌以及载荷和能量的历程曲线。基于ABAQUS/Explicit平台二次开发得到了模拟复合材料波纹腹板梁冲击压溃过程的仿真分析模型,模型采用了改进的Hashin损伤判定准则和Choi-Chang准则综合判断单元失效,并结合Cohesive界面单元,可较为真实地反映所研究复合材料层合结构的各向异性和渐进损伤特性。通过数值模拟得到了能量评估参数比吸能（Specific energy absorption, SEA）和平均压溃载荷,与试验结果进行了对比分析。基于仿真分析模型,本文进一步研究了不同波数的复合材料波纹腹板梁的吸能能力。数值模拟结果表明：波纹腹板梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效;平均压溃载荷的相对误差较小,验证了模型的有效性;在腹板单波长度不变的情况下,波纹腹板梁的长度对抗冲击吸能的影响较大。当波纹腹板梁长度较小时,结构容易失稳,无法有效地吸收能量。     

杆元素和梁元素的动刚度矩阵

本文回顾了有限元素法中刚度矩阵与质量矩阵的形成,分析了应用这二矩阵决定杆和梁的固有特性所产生的误差及其主要原因。然后从运动方程出发推导了杆元素和梁元素的动刚度矩阵。应用动刚度矩阵可以求得杆和梁各阶固有特性的精确解。今后,我们将陆续介绍关于这些动刚度矩阵在变截面梁和平面构架中的应用。     

皱褶结构芯格构型的几何设计方法

夹层结构具有较高的抗弯刚度质量比,较好的吸音、隔音、隔热和耐疲劳性能,被广泛应用于航空航天领域。夹层结构的芯材是具有一定抗剪刚度的轻质材料。从理论上讲,可以制造出各种不同构造型式的芯材。但由于工艺方法以及制造成本的限制,目前结构上常用的是由金属或非金属材料制成的六角蜂窝芯材。本文介绍了将平面板材通过按一定有规律的线系进行皱褶,从而形成各种不同构造型式、不同几何尺寸的等高度、变高度或曲面构型等复杂形状的芯材,用以满足各种不同的结构和功能性要求。而且,这种方法具有很好的工艺性。     

M-型皱褶芯材弹性常数的细观力学模型

研究了皱褶芯材的几何特征和承力特性，给出了其当量弹性常数求解的细观力学模型。该模型采用材料力学的方法推导出了M-型皱褶芯材的当量密度ρ、当量线弹性模量Ez和当量剪切模量Gyz，为皱褶夹芯结构的优化设计和皱褶芯材夹芯板的力学性能计算奠定了基础。     

复合材料蜂窝夹层进气道结构优化设计方法

研究了一种以全局响应面算法为基础的复合材料蜂窝夹层结构进气道优化设计技术。该技术以复合材料蜂窝夹层进气道结构为研究对象,以结构重量最轻为目标,结合工程实际生产工艺和复合材料结构设计一般原则,使面板各方向角铺层厚度和蜂窝芯材厚度均选用离散变量,同时约束复合材料蜂窝夹层结构的各种失效模式以及进气道工作环境的频率需求。最后通过算例验证了此优化设计方法的可行性。     

X-Cor夹层结构的平压性能

通过力学分析得到X-Cor夹层结构平压模量的解析式和计及泡沫对z-pin横向支撑的平压强度预测公式。分析X-Cor夹层结构平压模量的理论值与试验值误差,提出了结构屈曲和z-pin的长度差异引起的刚度折减的修正模型,修正后的夹层结构平压模量的理论值与试验值吻合。理论公式为X-Cor夹层结构的设计提供依据,进而为X-Cor夹层结构新材料在工程领域的应用奠定了基础。     

复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究

采用两种有限元模型和工程方法分别对复合材料蜂窝夹层结构在压缩、剪切载荷作用下的总体稳定性进行了计算,根据各计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:对于承受压缩载荷的结构,采用工程计算法能够较好的预估结构的屈曲临界载荷,而对于承受剪切载荷的结构,采用三维有限元法能较好的计算结构的屈曲载荷。     

新型碳纤维格栅夹层结构模拟研究

新型飞行器机体构件的设计要求在所允许的有限重量下实现结构超轻型化。格栅夹层结构是当前国际上最有前景的新一代材料结构之一,已开始应用于航天结构。为分析三角形点阵格栅结构的受力性能,本文通过解析分析,用连续体模型模拟平板状格栅结构,得到各种不同尺寸下格栅结构的解析通解。经与ABAQUS有限元软件模拟试验对比,这种方法可将误差控制在较小范围内。与在相同重量条件下传统的蜂窝夹层结构相比较,进行三点弯曲模拟试验,三角形格栅结构具有更高的抗弯性能。     

泡沫夹层结构复合材料热膨胀模压法工艺研究

在传统泡沫夹层结构复合材料成型工艺基础上,探索了一种新型的夹层结构成型工艺。传统工艺需要热压罐、真空袋等外部设备来为成型提供压力,文中提出了利用泡沫本身热膨胀和刚性模具的限制作用,为泡沫夹层结构复合材料提供成型压力。通过对泡沫芯材的模压发泡工艺的控制、监测,分析了夹层结构成型时内部产生压力的大小。同时,对其弯曲强度和剥离强度进行了表征。实验结果表明:控制芯材密度、发泡温度和发泡时间能有效地提高夹层结构的成型压力和力学性能。     

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。     

复合材料夹芯结构翼面的有限元分析

本文根据Hellinge-Reissner变分原理,用混合-杂交等参夹芯层板单元对复合材料夹芯结构翼面的静、动力特性进行有限元数值分析,并与相应的试验结果作了比较,证明分析是成功的。     

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。