组合荷载作用下非完善层合板后屈曲分析的半解析法

本文采用经典层合板理论，研究横向荷载作用下面内受压非完善复合材料层合板的后屈曲问题。分析中将板在横向荷载作用下产生的小挠度弯曲变形和几何缺陷视为结构的初始挠度，给出了基于摄动技术、单向DQ离散格式和Galerkin法的半解数值分析方法，可方便地分析不同边界约束（简支、固支、弹性转动约束等）层合板的后屈曲性态。文中通过算例讨论了边界约束、荷载型式、纤维铺设方式等因素层合板后屈曲行为的影响。     

一般π/4层合板面内刚度的分析方法

本文根据蔡为仑教授对一般π/4层合板的论述给出了这类层合板面内刚度分析的简便图解法与解析式,并给出了一般π/4层合板工程弹性常数的变化规律与实验结果的比较。另外,对直接用混合法则计算工程弹性常数的方法作了误差分析。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

三块各向正交异性矩形板构成的卫星帆板在各种载荷下的横向弯曲

本文以三块各向正交异性矩形板组成的卫星帆板为研究对象,首次利用半解析方法研究了其横向弯曲的问题。就板间连接处复杂的边界条件,提出了与之对应的挠度函数形式。在此基础上采用相同形式的挠度函数求出了帆板在各种横向外载荷作用下的挠度,为解决多板连接结构的弯曲问题提供了一种有别于以往数值方法的新思路。     

两对边固定两对边自由矩形板的精确解

基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄板理论，提出双三角级数形式的挠度函数，求得两对边固定两对边自由矩形板的精确角，计算结果表明，这种解法收敛速度快，计算精度，易于工程应用。     

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。     

复合材料层间应力和湿热效应的有限元分析

本文用三维体元对复合材料层合板的层间剪切应力和拉(压)应力进行分析,同时计算了非对称层合板的应力分布和变形。文中分析了湿热应变引起的翘曲变形,并考虑了结构材料弹性系数是温度和水分比浓度的函数。     

多向层合板层间分层断裂韧性研究(英文)

在传统的柔度法和面积法的基础上 ,采用角度法对多向层合板层间分层断裂韧性进行了测试。该方法通过测量载荷与试验加载点处两子梁的夹角 ,不需要测量裂纹长度。同时对传统的柔度法进行了改进 ,改进后的柔度法可以用来测量两子梁刚度不等的 DCB试样。采用柔度法和角度法同时测试了碳纤维增强两种不同基体层合板 0 /θ(θ=0 ,30 ,6 0和 90°)层间分层断裂韧性 ,得出了分层断裂韧性随 θ的变化规律。这两种层合板分别为碳纤维增强脆性基体的 T30 0 / 4 2 1 1和碳纤维增强韧性基体的T30 0 / 32 6 1。结果发现 ,多向层合板层间分层断裂韧性与基体性能和分层界面处的铺层角有关     

矩形橡胶复合材料层合板的大变形研究

本文应用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ假设和ＶｏｎＫａｒｍａｎ理论对正交各向异性的矩形橡胶复合材料层合板进行了几何非线性分析。与线性结果相比，大变形理论所得结果更具准确性。     

复合材料层合板冲击后剩余强度的工程估算方法和有限元模拟分析

为研究复合材料层合板冲击后剩余强度(CAI)的计算,本文给出了两种方法:工程估算和有限元预测.工程估算是将受冲击损伤的复合材料层合板简化为正交各向异性带孔板,按照Nuismer-Whitney平均应力准则,计算正交各向异性带圆孔板的破坏强度.作为层合板冲击后剩余强度的估算值.有限元方法则是采用Hashin失效准则和Tan的刚度降准则,在ABAQUS软件中自编UMAT材料损伤子程序,进行带孔层合板的损伤强度预估分析.结果表明,工程估算方法和有限元方法的计算结果均与试验结果相差不大,两种方法均可作为工程中估算剩余强度的有效方法.     

纤维增强对称层合复合材料的宏观热膨胀系数研究

为了得到对称层合复合材料的宏观热膨胀系数,首先根据细观力学方法,推导得到了以各材料相性能数据表达的单层板的热膨胀系数.在此基础上,根据弹性力学方法,并借助于理想界面均匀化方法,得到了以单层热膨胀系数表达的层合板的宏观等效热膨胀系数表达式.这样,在已知各相材料性能数据和铺层的条件下,即可直接求得层合板的热膨胀系数.理论计算结果与实验数据进行了对比,证明了理论方法的合理性,为层合复合材料热相关问题的研究奠定了基础,有较大工程应用价值.     

双参数弹性地基上四边自由矩形薄板精确解

将弹性地基视为Vlazov双参数模型,利用二维有限域积分变换的方法推导出了Vlazov双参数弹性地基上四边自由矩形薄板在任意荷载作用下挠度和内力的精确解。在求解过程中,不需要预先人为选取挠度函数,而是直接从弹性薄板的基本方程出发。通过集中荷载计算实例验证了该方法的正确性。该方法计算简便,适用于不同边界的薄板问题求解。     

复合材料加筋板结构的二级协同优化设计方法

针对复合材料加筋板结构的布局和铺层优化问题,发展了一种二级优化设计技术。第一级采用基于近似模型技术的布局优化方法,以筋条形式、个数、截面形状和铺层厚度作为设计变量,以结构质量最轻为目标函数,实现加筋板结构布局形式和截面尺寸的布局优化;第二级借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,考虑层合板的制造和工艺约束,以层合板的各铺层角作为设计变量,以层合板弯曲刚度系数与上一级优化所给最优弯曲刚度系数之间的误差最小为目标,实现了复合材料加筋板在固定铺层层数下的铺层顺序优化;在二级优化的基础上,通过协调稳定性约束,实现综合优化。算例表明:采用二级优化设计方法,可以很好地实现复合材料加筋板的布局优化设计。     

热载下三边固支一边简支矩形薄板的解析解

基于薄板的小挠度理论,根据四边简支矩形薄板在横向变温作用下的挠度和内力解答,通过应用虚功原理和叠加原理,推导了三边固支一边简支矩形薄板在横向变温作用下的挠度方程和内力解析解,从而为以后的工程计算提供了理论依据.     

基于单层特征曲线法的复合材料机械连接接头强度分析

提出基于单层的特征曲线法,对复合材料机械连接接头强度进行了分析计算.在基于单层的特征曲线法中,特征长度根据各层的受力特点用数值方法确定,不需要试验,通过对各层特征曲线位置处单元进行失效判断,确定接头的破坏载荷.通过算例分析可知,采用本文所提出方法所得的计算结果与试验值吻合很好,较基于层合板特征曲线法所得结果更精确,说明了该方法的有效性.     

用能量法研究玻璃幕墙面板的非线性弯曲

由于玻璃面板是典型的双模量材料板,所以应该采用双模量弹性理论研究玻璃面板在侧向力作用下的大位移问题。玻璃面板在侧向力作用下发生变形时,会形成各向同性的拉伸区和压缩区。因此,可把玻璃面板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用双模量弹性理论建立了玻璃面板在侧向力作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了玻璃面板的中性面位置。在此基础上,采用能量法研究了玻璃面板在侧向力作用下大位移问题,把能量法的计算结果与有限元计算结果进行了比较,验证了能量法的计算结果是可靠的。算例分析表明,玻璃面板拉压弹性模量相差较大,其挠度计算不宜采用相同弹性模量经典弹性理论,而应该采用双模量弹性理论。     

复合材料层合板的动态非线性分析及优化设计

分别采用经典薄板理论、一阶剪切变形理论及高阶剪切变形理论对复合材料层合板进行动态非线性分析。根据位移场导出层合板的虚应变能、虚动能及虚功,由虚位移原理得出层合板的控制方程。结合Navier三角函数解求出四边简支层合板的固有频率;将纤维铺设角、跨厚比、弹性模量比对固有频率的影响进行比较分析;基于高阶剪切变形理论,用改进的适应度函数遗传算法对复合材料层合板的固有频率进行优化设计。结果表明:同经典薄板理论和一阶剪切变形理论相比,高阶剪切变形理论更能精确地预报结构的固有频率,优化后的层合板固有频率明显提高。     

基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析

建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的中等尺度复合材料层合板三雏渐进损伤分析模型.模型中损伤材料本构方程采用对应于不同损伤模式的内部状态变量进行描述,材料失效准则采用三维HASHIN准则.分析了含孔复合材料层合板压缩试件.计算强度与试验数据的吻合表明该模型可用于预测舍孔层合板的压缩强度,同时该模型可以预测层合板的失效模式以及损伤发生、扩展直至最终破坏的整个过程,并且该模型具有较好的计算收敛性.     

钉头型式对复合材料层合板机械连接强度的影响

通过3种不同铺层比例的复合材料层合板机械连接接头的挤压强度测试，研究了钉头型式对复合材料层合板机械连接挤压力学性能的影响，获得了沉头螺栓挤压强度修正系数。试验数据表明：采用沉头螺栓的复合材料机械接头 的挤压强度，可达到采用凸头螺栓的复合材料机械连接挤压强度的90%左右，但接头刚度仅为采用凸头螺栓的复合材料接头刚度的40%~50%。研究采用Hashin失效准则和Tan-Camanho损伤扩展方法，对两种钉头型式的复合材料层合板机械连接接头的挤压失效过程进行了有限元分 析，预测了复合材料层合板机械连接接头的偏移挤压强度和极限挤压强度，模型预测值与试验值的误差不超过15%。     

复合材料层合梁弯扭耦合变形的有限元分析

对于层合梁这一类特殊的工程问题,本文在理论上推导了其大挠度问题的有限元数学模型,这种数学模型有别于一般层合板壳问题对应的数学模型。在数值分析时,对线性问题进行了计算机模拟,并着重研究了层合梁在两个方向上的弯曲与一个方向上的扭转变形的耦合关系。本文的结果与实验值及其他理论解相比,具有良好的一致性。