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。     

任意铺设复合材料矩形经典薄扁壳静力响应一般解析解

给出了复合材料扁壳结构解析求解新体系-新型复级数体系,以此首次建立了复合材料板壳结构一般解析解。数值计算验证了一般解的收敛性和稳定性。计算表明当扁壳曲率趋向0时层合扁壳解数值上逼近层合平板解数值。     

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。     

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。     

碳纤维/树酯复合材料叠层圆柱壳在外压下的稳定性

本文将碳纤维/树酯复合材料当做正交异性材料,采用小挠度理论,考虑到非对称多层结构的拉弯耦合效应,耒讨论碳纤维/树酯复合叠层圆柱壳在外压下的稳定性。着重分析了碳纤维/树酯复合正交叠层圆柱壳的层次、层数及环向厚度比值对其外压临界值的影响。并用碳纤维/树酯复合材料三层正交叠层圆柱壳均匀外压试验做了验证。     

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。     

复合材料层合梁中波的反射与透射特性

基于Timoshenko梁理论,研究了复合材料层合梁中Lamb波的弥散特性。推导了复合材料层合变截面梁在截面变化处以及含半无限大脱层的复合材料层合梁在脱层尖端处反射与透射特性的解析解,从而揭示了复合材料层合梁内Lamb波各模态相互耦合以及相互转化的特性。根据时间反转理论,提出了变截面梁和含脱层梁两种模型反射与透射矩阵之间存在Stokes关系。通过算例模拟结构中波的传播特性,并与文献中的数值方法进行比较,验证了所得理论解的正确性。     

航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

等网格加筋复合材料圆柱壳的总体稳定性和中间框临界刚度计算

本文用能量法对简支边界条件下有中间框加强的等三角形网格加筋复合材料层合圆柱壳在轴外压载荷联合作用下的线弹性总体稳定性以及中间框的临界刚度作了分析计算。部分理论计算结果还与实验结果作了比较,两者的一致性很好。本文所给出的一系列计算结果和得出的结论,对宇航工程结构设计人员有一定的参考价值。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳屈曲多目标优化设计

针对复合材料圆柱壳屈曲载荷最大化和缺陷敏感度最小化问题,提出以铺层纤维方向角为设计变量的基于遗传算法的多目标优化方法,采用层合壳屈曲理论计算临界载荷和统计方法计算缺陷敏感度,对由多个个体组成的群体施加选择、交叉和变异等演化操作,通过多代进化得到问题的pareto解.算例优化结果与采用离散方法得到的目标空间解边界比较吻合,验证了方法的准确性和有效性.     

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。     

复合材料层合板冲击及冲击后疲劳寿命预测方法(英文)

现有含冲击损伤复合材料层合板的寿命预测方法是建立在冲击后复合材料层合板的疲劳性能基础之上的,导致模型和方法不具有通用性。因此,针对含冲击损伤的复合材料层合板,基于逐渐累积损伤理论和无损单向板的疲劳特性,建立一种具有普遍适用性的三维逐渐累积损伤的疲劳寿命预测方法。该方法可对不同铺层参数、不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为了在缺少冲击试验时也能实现受到冲击载荷后层合板的疲劳寿命预测,对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析,将预测得到的冲击损伤状态用于分析冲击后的疲劳寿命。同时基于全程分析的方法,开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序。与试验对比,最大误差为7.78%。     

层合复合材料薄板高速冲击损伤研究

针对任意角度铺层的复合材料层合薄板基于高速冲击过程中的能量守恒,建立了复合材料层板高速冲击问题的力学分析模型.该模型考虑了纤维断裂、基体裂纹和分层3种主要损伤形式.根据高应变率下单层板的本构关系,采用波的传播理论,计算复合材料层板冲击后的变形区尺寸和层板应变场,利用能量守恒迭代求解弹体的冲击剩余速度和弹靶接触力等参量.文中着重研究了复合材料层合薄板高速冲击中的损伤面积和形状,详细讨论了冲击速度,弹体直径以及靶板铺层情况对损伤形状和大小的影响.数值分析结果与试验吻合,证明了本文模型的有效性.     

复合材料夹层圆柱壳的轴对称失稳问题

本文首先给出复合材料夹层圆柱壳大挠度问题的一般方程,然后在轴对称变形条件下进行简化,得到轴对称变形的非线性方程。在此基础上用摄动法,给出了复合材料夹层圆柱壳轴压轴对称屈曲方程,该方程与齐次边界条件一起构成分析轴对称失稳的特征值问题。通过详细分析得到了该特征值问题的解,无量纲的轴压临界值表达成无量纲的抗弯刚度参数,夹芯抗剪刚度参数和Badtoff几何参数的简单函数。通过这些无量纲参数,轴压临界值实际上是复合材料工程弹性常数,夹心横向剪切模量,各层纤维铺设角,铺层数,夹心相对于表层的厚度和圆柱壳参考中面几何尺寸的函数。     

变刚度复合材料层合板研究进展

变刚度复合材料层合板由纤维曲线铺放而成,可以实现刚度分布的变化设计,与传统固定铺层角的复合材料层合板相比,变刚度复合材料层合板在减少重量和成本的同时,也提高了结构性能。随着铺放设备的发展,目前已经能够利用自动铺放技术实现纤维的曲线铺放。同时,为提高复合材料构件的结构性能和满足不同的工程实际需求,铺层设计方法也从单一角度的直线铺层逐渐向变角度曲线铺层发展。本文首先介绍了变刚度复合材料层合板设计制造方法与有限元建模,接着在刚度分布、屈曲特性、失效行为等方面阐述了变刚度复合材料层合板力学性能的研究进展,然后结合南京航空航天大学复合材料工程自动化技术研究中心在变刚度复合材料层合板振动特性方面的研究,对变刚度复合材料层合板振动特性进行了分析和概括,最后对变刚度复合材料层合板未来的研究趋势进行了论述与展望。     

拟协调九结点四边形层合板壳有限元

构造了一个拟协调九结点四边形层合板壳单无，这一单元是根据Ｈｕ－Ｗａｓｈｉｚｕ变分原理导出的，独立假设了位移场、每一层的应变场和应力场。文中计算了复合材料板和充实例。计算结果表明，本文单元在准确性和高效率方面的性态较好。     

C/E复合材料正交叠层圆柱壳轴、外压稳定性设计的铺层分析

本文从碳纤维-环氧树脂复合材料(以下简称C/E复合材料)正交叠层圆柱壳轴、外压屈曲载荷出发,分析了正交叠层壳壁的层数、层次及环向厚度比值对壳体承载能力的影响。     

复合材料结构强度的几个问题

本文从工程实际观点出发,考虑复合材料结构的特点、复合材料结构和金属结构之间的差异,讨论几个实际问题:复合材料结构的一种可能的铺层设计方案;复合材料结构的统计分析与可靠性设计;强加筋件加强的加劲圆柱壳稳定性;强度准则与断裂准则。给出几个有益的建议。为了加快工程应用步伐,应该紧紧围绕设计工程问题,以板、壳正交异性问题为主,开展工程性的理论和实验研究,特别要注意力学性能和较大模型件的实验研究。为减少结构初应力,应尽量采用对称铺层设计。     

高强度碳纤维增强复合材料层合板的钻削制孔过程及其缺陷形成分析

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。针对T800级高强度CFRP单向层合材料开展直角自由切削试验,研究其在切削过程中的切削力和切削热随纤维方向角的变化产生的各向异性行为。针对制孔刀具三尖钻和八面钻开展CFRP层合板的钻削制孔试验,研究了三尖钻和八面钻的具体钻削过程中切削力、扭矩和切削温度的变化规律及其对钻削缺陷形成的影响。此外,对钻削制孔形成的孔壁加工表面进行分析,得到了典型孔壁缺陷的形貌照片并分析其形成原因。     

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.