先进复合材料格栅圆柱壳优化设计的混合遗传算法

复合材料格栅加筋结构优化设计是一个属于多工况、多约束、连续变量和非连续变量混合的优化问题。对遗传算法与单纯形法作了相应的改进, 利用外罚函数法将受稳定性约束和应变约束的多约束优化问题转化为无约束优化。在此基础上, 提出了一种遗传算法与单纯形法相结合的混合遗传算法, 通过与其它文献结果和传统遗传算法结果对比, 证实了混合遗传算法的有效性。以受均匀侧压时复合材料格栅圆柱壳优化设计为例,分别讨论了不同格栅类型和有、无强度约束时的优化结果。分析表明, 整体稳定性是控制该结构安全度的最主要约束因素。本算法具有高效和方便的特点。      

轴向冲击下复合材料圆柱壳的非对称动力屈曲

基于一阶剪切变形理论和非扁壳型几何方程，由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出包含初始几何缺陷的复合材料圆柱壳的非线性动力方程，Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法得以位移形式表达的动力屈曲控制方程，通过有限差分方法求解，并由类似Ｂ－Ｒ准则方法判断动力屈曲是否发生；讨论了冲击速度，初始几何缺陷等因素对动力屈曲可能产生的影响。     

高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于Viogt-Reuss原理和传递矩阵法研究了高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳构件的行波共振特性.根据复合结构的Viogt-Reuss等效原理,考虑科氏力的影响,基于Love薄壳理论建立了旋转态硬涂层薄壁圆柱壳的振动微分方程;引入传递矩阵法,根据壳体子段间的状态向量关系式推导得到了构件的整体传递矩阵;在固支-自由、简支-简...     

低速冲击下复合材料圆柱壳的简化分析

将圆柱壳受轴向冲击破坏等效为一均质圆柱的破坏, 给出了等效参数的确定方法, 从而使圆柱壳的破坏分析简化为一维问题。并根据弹性动力学基本理论给出了等效圆柱受的冲击力的一种计算方法, 进一步得到了冲击下的圆柱壳的位移关系。      

径向冲击下复合材料层合圆柱壳的动力屈曲

采用Lagrange方程导出包含横向剪切变形和转动惯量的复合材料层合圆柱壳径向脉冲屈曲控制方程;用四阶Runge-Kuta方法对方程数值求解,寻找占优屈曲模态数及对应于允许初缺陷放大值时的临界冲击速度;通过计算碳/环氧材料角铺设层合圆柱壳,讨论了横向剪切变形、壳体几何尺寸、铺层角度等因素对层合圆柱壳动力屈曲的影响.     

复合材料浅球壳模态分析与结构优化设计

复合材料层合壳体在航空、航天、工程结构中得到了广泛应用.结合复合材料层合浅球壳的结构特点,基于有限元分析软件ANSYS,采用层合壳单元建立有限元模型,分析了几种壳体参数对浅球壳自振频率的影响,并采用函数逼近法和梯度寻优法相结合的方法对壳体参数进行优化设计,给出了壳体参数的最优组合,使壳体的一阶自振频率为最大,改善了壳体的动态特性,为复合材料层合浅球壳的结构设计提供了有价值的理论依据,也为进一步进行结构动力学分析奠定基础.     

基于波动法的复合材料圆柱壳阻尼特性分析

研究复合材料圆柱壳的阻尼特性。基于Love’s一阶壳理论建立复合材料圆柱壳的振动方程,运用波动法进行求解并进一步建立圆柱壳结构阻尼的分析模型。研究表明,采用所建立的解析模型和计算方法所获得的复合材料圆柱壳模态阻尼和固有频率数值解,与已有的有限元结果基本一致。针对简支(SS-SS),悬臂(C-F)和固支(C-C)三种边界条件,对[0/θ2/90]和[±θ]2铺层复合材料圆柱壳的阻尼特性进行分析,揭示了铺层角度,几何参数和边界条件对阻尼特性的影响。     

复合材料圆柱壳非线性热弹耦合振动

根据复合材料圆柱壳的非线性动力方程,研究了复合材料圆柱壳的非线性热耦合振动,应用Galerlein原理及改进的L－P法对其非线性热耦合振动进行求解,并讨论分析了温度、长径比、厚径比对复合材料圆柱壳非线性热振动固有频率的影响。     

复合材料波纹夹层圆柱壳设计及轴压性能

结构轻量化是航空航天发展的永恒主题, 波纹夹层圆柱壳作为常见的轻质结构形式, 在航空航天领域具有很大的发展空间。采用模具热压法, 制备出纵向和环向碳纤维复合材料波纹夹层圆柱壳, 其中芯子整体成型, 面板分瓣制备。采用经典板壳屈曲理论, 分析纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴压力学性能, 得到了欧拉屈曲、整体屈曲、局部屈曲和面板压溃4种失效模式下的极限载荷理论公式。绘制出结构的失效机制图, 直观显示出了失效模式与试件尺寸之间的关系。通过对纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴向压缩试验, 获得了结构的载荷-位移曲线及局部屈曲和面板压溃2种失效模式。结果表明:纵向波纹夹层圆柱壳的轴向承载能力及载荷/质量效率优于环向波纹夹层圆柱壳, 在一定范围内增加圆柱壳面板的厚度、减小圆柱壳的高度可提高结构的载荷/质量效率。      

复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

对完整复合材料圆柱壳轴向压缩性能进行了试验研究,得到了圆柱壳结构的破坏载荷和各测量点的载荷-应变曲线,通过分析得出结构的破坏形式为屈曲破坏。利用ANSYS有限元软件建立了模型,对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,将有限元计算的结构变形和屈曲载荷与试验结果进行对比,计算结果与试验结果一致,验证了模型的有效性。利用建立的有限元模型,分析了开口尺寸和铺层角度对含矩形开口的复合材料圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖对结构进行补强,补强后的柱壳结构满足强度设计要求。     

Optimal design of a composite structure

This paper presents a design methodology for a laminated composite stiffened panel, subjected to multiple in-plane loads and bending moments. Design variables include the skin and stiffener ply orientation angles and stiffener geometry variables. Optimum designs are sought which minimize structural weight and satisfy mechanical performance requirements. Two types of mechanical performance requirements are placed on the panel, maximum strain and minimum strength. Minimum weight designs are presented which document that the choice of mechanical performance requirements cause changes in the optimum design. The effects of lay-up constraints which limit the ply angles to user specified values, such as symmetric or quasi-isotropic laminates, are also investigated.     

Influence of boundary conditions for a thin laminated rotating cylindrical shell

A study on the influence of boundary conditions for a thin laminated rotating cylindrical shell is presented. The analysis is carried out using Love-type shell theory and solved using Galerkin's method. The displacement fields employed consist of beam functions in the axial direction and fourier functions in the circumferential direction. Extensive results on the influence of boundary conditions and contour plots for the nodal displacements are presented. The analysis has been examined by comparing results with those available in the literature.     

高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于传递矩阵法研究了不同边界条件下高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性。首先,基于Love 壳体理论,考虑离心力、科氏力和惯性力的影响,建立了旋转态薄壁圆柱壳的振动微分方程;然后,引入传递矩阵方法,根据壳体子段间的状态向量表达式,推导了结构的整体传递矩阵;最后,通过高精度的精细积分法进行求解,得到了两端简支、两端固支和固支-自由边界条件下的共振特性。算例结果表明,传递矩阵方法适合于求解高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性,在三种边界条件下以周向模态的振动为主;在工作转速和1倍频激振力作用下,共振裕度小于10%的共振转速点仅有一个,而在其它倍频激振下的共振转速点不在安全裕值范围内。     

加筋复合材料圆筒结构的撞击识别

以加筋复合材料圆筒结构为对象,研究了复合材料结构的外部低速撞击识别问题。采用压电传感器获取发生低速撞击时在结构内产生的应力波信号。针对加筋复合材料结构的撞击位置识别,特别是监测区域边缘的位置识别问题,提出了基于传感器信号功率的两步法来估计撞击位置; 撞击载荷的重构采用系统辨识方法,通过分析系统辨识方法中传递函数的模型阶次和相关性系数的关系,提出了模型阶次选择的原则以进一步完善该方法。结果表明: 所提出的两步定位法可较好地估计所有监测区域的撞击位置,所改进的系统辨识方法可较好地识别非加筋区域上的撞击位置和撞击载荷时间历程; 当撞击点为加筋区域时,由于筋条对应力波传播的复杂影响导致撞击识别误差偏大。     

模态缺陷条件下复合材料柱形壳屈曲特性

为了开展多模态缺陷条件下复合材料柱形壳的屈曲特性研究,进行了理想柱形壳在轴压工况下的线性屈曲分析,得出前50阶屈曲失稳模式,即模态缺陷;基于弧长法研究不同模态缺陷条件下复合材料柱形壳的非线性屈曲特性;将有限元分析结果、NASA SP-8007规范计算结果与Bisagni试验结果作对比分析。结果表明:对于轴压柱形壳屈曲问题,第1阶模态缺陷不是最差缺陷,在第1阶模态缺陷条件下求出的非线性屈曲载荷比试验值高出较多;高阶模态缺陷条件下的复合材料柱形壳非线性屈曲计算结果与试验结果最为吻合,两者相差较少;屈曲载荷下降受缺陷形状、幅值双重影响,复合材料柱形壳屈曲计算需考虑多模态问题;NASA求出的屈曲载荷非常保守,低于试验值较多,用NASA方法进行复合材料柱形壳的设计,往往会导致结构笨重、材料浪费、性能降低。     

Torsion of an infinite composite elastic cylindrical shell

Summary The problem considered is that of the torsion of a semi-infinite composite elastic cylindrical shell composed of two materials of different rigidity modulus. It is assumed that there is perfect bonding at the common cylindrical surface. The problem is solved by means of the use of Fourier transforms.     

Free vibration response of composite sandwich cylindrical shell with flexible core

This study deals with the free vibration analysis of composite sandwich cylindrical shell with a flexible core using a higher order sandwich panel theory. The formulation uses the classical shell theory for the face sheets and an elasticity theory for the core and includes derivation of the governing equations along with the appropriate boundary conditions. The model consists of a systematic approach for the analysis of sandwich shells with a flexible core, having high-order effects caused by the nonlinearity of the in-plane and the vertical displacements of the core. The behavior is presented in terms of internal resultants and displacements in the faces, peeling and shear stresses in the face–core interface and stress and displacement field in the core. The accuracy of the solution is examined by comparing the results obtained with the analytical and numerical results published in the literatures. The parametric study is also included to investigate the effect of geometrical properties such as radius of curvature, length and sector angle of the shell.