无网格法在固有频率分析中的应用

针对复合材料层合板的固有频率问题,结合径向基插值函数和修正后的H-R变分原理,推导了Hamilton正则方程的无网格列式,使得无网格法的优越性与弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到了有机的结合,为Hamilton正则方程提出了一种无网格半解析方法。     

热磁电弹性材料层合板的半解析法

以三维弹性体的HR混合变分原理为基础,考虑熵变量,重构热磁电弹性体的本构方程,并应用Hamilton正则方程半解析法,求解热磁电弹性层合板问题,主要原因为熵变量的引入,可以将热磁电弹性非齐次的Hamilton正则方程直接齐次化,齐次的Hamilton正则方程半解析法简化热磁电弹性板问题的分析过程.     

正交双稳定复合材料层合板动力学特性研究

根据Hamilton原理结合Rayleigh-Ritz法建立了正交双稳定复合材料层合板的动力学模型,并利用理论模型以及有限元分析研究了正交双稳定复合材料层合板的动力学特性,发现当激励频率较低时正交双稳定复合材料层合板只有两种连续的振动模式,当激励频率增大到一定值时开始出现第三种振动模式。研究结果可以为利用正交双稳定复合材料层合板设计振动能量收集装置提供一定的参考。     

复合材料层合板相似模型的几何区间确定方法

针对复合材料层合板类结构的相似试验模型的设计问题,提出一种在固有特性相似的情况下,不完全几何相似(畸变)模型的尺寸区间确定方法。用量纲分析与平衡方程分析相结合,建立层合板模型与原型间的相似关系,导出三种固有特性相似关系式。以一种常用复合材料层合板为例,在深入研究使模型与原型在一阶固有相似(即固有频率成比例映射关系、且振型保持一致)时,畸变模型的尺寸适用区间确定方法的基础上,利用解析和有限元法相对照,最终得到复合材料层合板模型和原型在不同阶次下,固有特性相似的畸变模型几何结构适用区间的确定方法,并进行了试验验证。该研究结果为层合板的相似模型设计问题奠定了理论基础。     

基于分层理论的层合板结构声辐射模态传感器设计

在低频时控制振动板结构的声辐射模态幅值是降低结构辐射声功率的一种有效策略。提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量复合材料层合板结构声辐射模态幅值。通过聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)传感器阵列输出信号设计加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为所需结构声辐射模态幅值。加权系数取决于复合材料层合板结构振动模态表达式。由于复合材料层合板结构复杂动力学特性,通过分层理论结合有限元法得到离散结构模态值,并对有限元离散结构模态进行最小二乘法的曲线拟合,从而得到层合板结构振动模态表达式。数值结果表明该方法计算层合板结构模态以及PVDF声辐射模态传感器设计是可行的。对试验数据进行分析比较。     

基于HyperWorks 的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异。文中基于HyperWorks 商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能。研究结果表明,铺层材料对复合材料层合板的层间剪切性能影响较大,而铺层顺序对复合材料层合板的层间剪切性能影响较小。     

基于形状的复合材料层合板振动主动控制研究

根据Hamilton原理,建立了覆盖压电传感器／激振器的复合材料层合板的运动方程．并借助于压电方程、层合板理论得到了压电传感器、激振器的输出与输入方程。根据压电片随机布置产生的控制效果来确定最优整体压电片的形状。最后给出了计算实例,结果表明把压电片布置在靠近固定端和沿轴向布片为最优位置,可以达到比整体布片更优的控制效果。     

复合材料基础设计及优化

通过原材料的选材、铺层和层合板结构设计,阐述了复合材料的基础设计。结合复合材料的原材料和结构设计原则,说明了复合材料结构的可设计性。针对复合材料各组分材料的特性,详细介绍了原材料选择的重要性,从载荷性能要求方面并结合层合板结构设计原则,对复合材料层合板进行了设计,并应用有限元分析软件(ABAQUS)对层合板进行了仿真分析,阐述了复合材料层合板仿真分析的方法和步骤,同时根据仿真结果对复合材料铺层进行了合理的优化设计。     

复合材料层合板力学性能试验研究

使用DDL300微机控制电子万能试验机,研究了复合材料层合板力学性能试验方法,得到了某无人直升机旋翼桨叶层合板试件的拉伸、压缩和纵横剪切参数。这种复合材料层合板力学性能试验、数据处理方法和试验步骤可以为其它复合材料层合板的力学性能试验提供借鉴。     

多种损伤T300/QY8911加筋板的频率分析

采用有限元法研究了含多种损伤形式的复合材料加筋板的固有频率。基于麦德林理论,推导了求解含多种损伤复合材料加筋板固有频率的刚度阵和质量阵。引入Hertz型非线性接触单元模型来避免上、下子板间的嵌入现象。在上述模型和理论基础上,采用反迭代法求解特征方程。通过数值算例,研究了包括筋与板脱层损伤、层合板的分层损伤、筋的布置、分层位置、脱层数量对有损伤加筋板固有频率的影响。     

不同铺层转角T700/E44 复合材料拉伸强度有限元分析

碳纤维复合材料的失效行为与复合材料内部的应力状态有关,不同铺层转角的单向碳纤维复合材料层合板的性能具有明显差异。文中利用HyperWorks 商用有限元软件建立了T700/E44 复合材料层合板拉伸模型,基于Chang-Chang 复合材料失效模型对不同铺层转角复合材料层合板的 X 向及 Y 向拉伸性能进行了数值模拟分析。研究结果表明,复合材料层合板以45° 铺层转角对称结构层合时,复合材料有着最佳的综合拉伸性能。这对高性能雷达中复合材料部件的铺层结构设计具有重要的指导意义。     

均匀化理论研究纤维改进复合材料层合板力学性能

由小参数渐进展开均匀化理论,推导出复合材料层合板等效弹性张量。建立了风电叶片复合材料层合板力学性能预测模型。利用均匀化理论研究纤维改进复合材料层合板力学性能,改变纤维材料相关数值(弹性模量、体积分数、泊松比等),研究其对风电叶片复合材料层合板有何改进作用。这对新材料的研究发展具有一定的指导意义。     

复合材料层合板基于遗传算法的可靠性优化设计

采用遗传算法对复合材料层合板的可靠性优化问题进行了分析。本文研究的算例中 ,在层合结构总厚度一定的情况下 ,以复合材料层合板的系统可靠性指标最大为目标函数 ,对复合材料的纤维方向角或相对厚度进行了优化设计。可靠性分析中 ,采用一次二阶矩法 (FORM)和Tsai Wu准则分析层合板结构的失效概率。算例阐明了遗传算法应用于层合板结构可靠性优化设计的有效性。     

复合材料受损板的结构分析与强度预测

基于三维逐渐损伤理论,通过采用ANSYS二次开发语言APDL,建立了含孔复合材料层合板的三维有限元模型,通过对层合板进行施压,综合考虑了层合板基体开裂、基纤剪切、分层和纤维断裂四种主要失效模式,并基于刚度退化准则,分析了复合材料层合板内部损伤的产生和扩展过程,求出了层合板的最终失效值。     

Hamilton体系下压电材料层合板特征值灵敏度分析

在Hamilton体系下,基于区间B(B-spline wavelet on the interval)-样条小波有限元法研究压电材料特征值的灵敏度分析问题,推导压电材料特征值响应灵敏度系数的控制方程.利用二分法求得压电材料层合板前4阶特征值对材料密度的灵敏度系数,并与有限差分法所得结果相比较,证明所提方法的可靠性.结...     

含孔复合材料层合板的疲劳寿命研究

建立了三维有限元模型,分析了复合材料层合板的应力场。使用修正Hashin失效准则判定复合材料的失效模式,并突降失效单元的材料性能。疲劳载荷引起复合材料刚度降和强度降依靠缓降模型实现。笔者将突降模型和缓降模型植入有限元模型中,模拟了复合材料层合板在拉伸和压缩疲劳载荷下的渐进损伤过程,并计算了层合板的纵向刚度损伤和疲劳寿命。层合板的纵向刚度损伤具有三阶段特点,与试验观察是一致的。层合板疲劳寿命预测值与试验值吻合地很好。     

不同铺层方式的复合材料层合板弯曲性能的研究

以碳纤维缠绕电动节能车车架为研究对象,采用有限元分析和力学试验对比的方式研究碳纤维铺层角及铺层层数对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。以层合板铺层角度、铺层层数为变量设置试验对比组,在ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块中创建层合板的有限元模型研究层合板在承受弯曲载荷时的抗弯表现。结合弯曲试验结果,分析不同铺层方式对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。结果表明:在铺设一定数量的±45°铺层的基础上,增加0°/90°正交铺层可提高层合板的静承载强度;增加铺层层数,可提高层合板的弯曲强度。     

复合材料斜接接头强度数值仿真研究

复合材料斜接接头是胶接结构主要形式之一,其失效模式复杂,包括复合材料层合板和胶层的多种失效模式。提出了一种包含两种不同失效模型的分析方法,采用基于三维Hashin失效准则和指数型刚度退化准则的渐进损伤模型仿真复合材料层合板层内失效,采用内聚力模型仿真胶层失效和层合板层间失效。基于该方法建立了复合材料斜接接头强度分析三维模型,使用试验数据验证了该仿真模型,并利用该模型分析了接头的失效机理。在此基础上,研究了接头斜削角和胶层断裂韧性等设计参数对连接强度的影响,得到了上述参数对斜接接头强度影响的规律。     

基于三维CDM的复合材料开口层合板失效分析

建立了复合材料层合板三维连续介质损伤力学模型,并将该模型应用于复合材料开口层合板的损伤破坏分析中。与相关试验中开口层合板强度和损伤破坏情况对比分析表明:本文模型能够有效地模拟开口层合板从初始损伤到完全破坏的全过程,具有较高的计算精度和良好的数值模拟收敛性。基于该模型,详细分析了在单向拉伸载荷作用下开口层合板不同铺层的损伤破坏情况。     

大子样下复合材料层合板拉伸性能分散性研究

对22个相同复合材料层合板试样进行大子样拉伸试验,研究层合板的性能分散性规律.先测量抗拉强度、轴向和横向的应变值,计算每个试件的弹性模量和泊松比.随后对数据进行统计处理,发现复合材料层合板的抗拉强度和泊松比与对数正态分布模型、弹性模量与线性logistic模型拟合较好.最后,给出该复合材料层合板拉伸性能的分散性参数.