正交各向异性复合材料中裂纹问题的边界元法分析

在基本解的基础上，研究了正交各异性复合材料平面问题边界元法的有关基本问题，包括Ｃ矩阵，Ｇｉｊ矩阵，Ｈｉｊ矩阵和域内应力表达式等，并建立了常值边界单元和线性边界单元的计算公式（适用于各类边值问题）。用建立的公式对正交各向异性板含中心裂纹问题和含圆孔的无限大正交各向异性板问题进行了分析与计算，取得了较好的计算效果。     

用奇异有限元法计算正交各向异性复合材料平面断裂的应力强度因子

将复合材料平板视为正交各向异性平板，把正交各向异性平板裂纹顶点附近的位移展开式迭加在一般的等参数单元上，建立了用于复合材料平板应力强度因子计算的奇异元。并以所做出的公式，对正交各向异性板含单边裂纹和双边裂纹问题进行了计算分析，取得了较好的效果。     

在中面载荷作用下正交各向异性矩形板后屈曲行为分析

本文利用摄动法和广义傅氏级数法分析了在中面载荷作用下正交各向异性矩形板后屈曲行为,对几种典型的纤维增强环氧复合材料矩形板后屈曲行为给出了结果,可供工程设计应用参考。     

对称角铺设纤维增强斜形固支板弯曲解析

应用文献［２］给出的各向异性斜板横向弯曲一般解析解，对承受均布载荷的对称角铺设纤维增强复合材料斜形板进行弯曲分析。针对四边固支进行计算。讨论了各向异性、斜角β、铺设角θ、铺设层数Ｎ和跨宽比α对板挠度的影响。计算表明，对于单层角铺设菱形板的铺设角关于（π２）－（β２）对称时，板最大挠度相同，并在铺设角为π２－β２板最大挠度取最小值，θ为０°时板挠度为最大。对于菱形板，铺设层数增大，板挠度增大，而斜形板（α＞１）铺设层数增大，板挠度减小。     

复合材料壳体固体发动机药柱工作内压三维结构分析

对复合材料壳体的固体发动机药柱在工作内压作用下的变形和三维应力、应变进行了计算。复合材料壳体简化为正交各向异性结构，确定其弹性材料常数和材料的主轴方向，壳体变形计算和多次水压测试结果基本一致，在此基础上进行了药柱的三维应力、应变分析，为药柱完整性分析提供了参考。     

剪切理论与经典理论的对称角铺设方板弯曲解析研究

分别采用基于Reddy简化高阶剪切理论、一阶剪切理论和经典理论的对称角铺设矩形板横向弯曲一般解析解,计算分析四边固支对称角铺设层合方板在均布载荷下弯曲问题,讨论了横向剪切、铺设层数、铺设角、板厚对层合板内力矩和挠度的影响,概略分析了不同理论适用范围。引入了横向剪切效应参数,以反映横向剪切影响程度。文中给出数值算例,计算表明横向剪切效应与弯扭耦合效应存在交联。     

具有复杂边界条件的各向异性矩形板稳态热传导解析

应用复级数方法给出的各向异性稳态热传导解析解，首次解析分析两邻边承受热流一边绝热一边对流换热的各向异性矩形板温度场。讨论了各向异性、铺设角对温度场分布的影响。数值结果表明，强各向异性板的最高温度梯度高于弱各向异性板相应值。对于各种铺设角而言，铺设角为０°的各向异性板最高温度及温度梯度均为最低。     

用于各向异性媒质的TLM算法

对一种用于各向异性媒质的全新时域数值方法（TLM算法）进行了研究。将Z变换引入TLM算法,用于处理各向异性媒质的电磁问题,推导递推计算公式。计算各向异性磁化等离子体层对电磁渡的反射系数和透射系数。计算结果与解析解吻合较好,表明该法用于各向异性媒质时有高效性和高精度性。     

弯扭耦合效应对纤维复合材料对称角铺设矩形弯曲影响研究

应用给出的各向异性板结构横向弯曲一般解析解对承受均布载荷的纤维增强对称角铺设复合矩形进行弯扭耦合效应分析，文中针对四边简支方板进行计算，分别选取5种复合材料进行分析，分别在考虑D16，D26及忽略D16，D26情况下计算板中心最大弯短，挠度，以比较D16，D26对板弯曲线状态的影响，讨论了铺设角，铺设层数N对板挠度，最大弯矩的影响，对于简支方板，铺设角为45°时板挠度，最小弯矩最小，而0°时的方法挠度，弯矩均为最大，在相同厚度下，铺设层数越多，挠度，弯矩越小，弯扭耦合效应增大板挠度，最大弯矩，当铺设层数N大于9时，挠度计算可忽略弯扭刚度影响，但计算弯矩内力要带来20％相对误差。计算弯矩内力不能轻易忽略弯扭刚度。     

扩散声场作用下C/SiC复合材料薄壁结构的全频段响应分析

为了获取复合材料薄壁结构在扩散声场作用下的全频段应力响应,在70 m~3混响室内进行自由状态下的C/SiC复合材料薄壁结构的噪声试验(总声压级140 dB),测试混响室内扩散声场以及结构的加速度响应。另,建立扩散声场与正交各向异性复合材料薄壁结构相互作用的有限元–统计能量(FESEA)混合模型,计算得到结构的加速度响应分布,计算结果与试验测试结果一致。同时,基于模态应力恢复方法获得结构的应力场分布,结果显示扩散声场作用下的复合材料薄壁结构的应力场分布与加速度场分布规律不同。通过分析复合材料薄壁结构的弯曲波长与声波波长之间的关系,揭示噪声载荷与结构的波长耦合效应。该FE-SEA混合模型计算的应力场可进一步应用于声疲劳分析。     

复合材料界面裂纹尖端应变能释放率及模态混合度计算

为了准确预测复合材料层合板分层扩展及疲劳损伤,应用改进的虚裂纹闭合技术计算复合材料分层尖端处应变能释放率及模态混合度.首先介绍了改进的虚裂纹闭合技术,然后将其应用到重合网格法中,求得了分层尖端处总应变能释放率,并提取了各模态下的应变能释放率分量.最后利用某界面裂纹模型验证了该方法计算应变能释放率、模态混合度及提取应变能释放率分量的有效性.     

铝合金薄板K_c测试新方法的探讨

通过用圆(或椭圆)孔试件测量金属薄板平面应力断裂韧性Kc的方法,与通过用中心穿透裂纹试件Kc的标准方法相比较之后,将Whitney和Nuismer用于复合层压板中的点应力破坏准则,推广到铝合金薄板Kc的测量。 在理论和实验分析的基础上,拟合出与实验结果相一致的经验公式。     

正交各向异性复合材料圆柱壳轴对称大变形解析

按照考虑横向剪切变形的大挠度理论，研究了在轴对称法向载荷和均匀轴向载荷作用下，正交各向异性复合材料圆柱壳的轴对称大变形问题。得到了边界条件为固支和简支时，有限长圆柱壳的解析解。文中还给出了碳纤维／环氧复合材料圆柱壳的算例，说明了边界条件的影响。     

金属模板对复合材料层板固化过程中残余应力的影响

采用商业软件对带有铝板的复合材料层板固化全过程残余应力进行数值模拟计算。在固化瞬态温度场模拟中，采用有限差分法考虑固化动力学模型和热一化学模型强耦合的关系。在残余应力数值模拟中，化学收缩引起的应变在每一计算步以初始应变施加在复合材料结构上。基于以上技术，对带有铝合金的复合材料层板的固化全过程残余应力的进行分析，并分析了金属模板在分析中的作用。结果表明：金属模板改变了两种材料残余应力最大值的时刻；由于金属模板约束作用使带有铝板的复合材料层板在固化过程中承受更大的残余应力。     

基于Reddy简化高阶剪切理论的复合材料对称角铺设矩形板横向弯曲一般解析解

采用复数级数法求解基于Reddy简化高阶剪切理论的复合材料对称角铺设矩形板横向弯曲问题。将待定位移函数展开为复数级数,代入该弯曲问题控制偏微分方程组,确定特征根和挠度待定常数与其他位移函数待定常数之间关系式。首次给出了该弯曲问题实数形式的一般解析解。将该一般解析解代入矩形板弯曲边界条件和角点条件,根据正弦级数的正交性建立关于挠度函数待定常数的线性代数方程组,求解此线性代数方程组可确定挠度函数待定常数。建立了该问题解析求解模式。将Reddy高阶剪切理论解析解与经典理论、一阶剪切理论解析解进行对比计算,验证了一般解析解,并给出数值算例。     

超薄钛内衬复合材料高压气瓶力学特性分析

以卫星用超薄钛内衬T1000碳纤维增强复合材料高压气瓶为研究对象,基于各向同性材料弹塑性理论及复合材料层合板理论,建立三维有限元分析模型。通过对比分析金属内衬和复合材料层在不同内压下的位移、应力和应变分布规律,得到了这种气瓶在各承压工况下的力学特性,最后通过压力试验结果验证了有限元模型的准确性。研究结果表明:当内压超过气瓶的工作压力时,复合材料气瓶主要发生轴向变形,且内衬既有弹性变形又有塑性变形,复合材料层始终处于弹性变形。此外,气瓶爆破失效薄弱点在筒体与封头的过渡区域,在不均匀应变的作用下易沿环向发生撕裂而爆破。本文的研究成果可为超薄内衬复合材料高压气瓶的设计、试验等提供参考依据。     

偏航机动飞行时的壁板颤振问题及优化设计

研究了气流偏角变化条件下,复合材料壁板颤振分析及其优化设计问题。采用考虑气流偏角影响的一阶活塞理论和Von\|Karman大变形理论建立了复合材料壁板颤振方程。通过模拟退火优化方法,对不同气流偏角下的壁板颤振速度进行了计算。以偏航壁板颤振速度为目标函数进行了壁板结构的优化设计。分析结果表明：采用所提出的偏航壁板颤振速度,能更好地分析复合材料壁板在机动飞行时的稳定性;通过铺层方式优化设计,能明显提高偏航壁板颤振速度,并较好地解决现有壁板颤振优化设计带来的最优铺层方式的选择问题。给出的算例验证了方法的有效性。