脱层壳屈曲的一阶剪切理论

脱层的存在将会大大降低层合结构的屈曲载荷。本文将含任意位置环向贯穿脱层的轴压圆柱壳分成多段子壳 ,用厚度的一次多项式模拟脱层壳屈曲时子壳的轴向和环向位移 ,利用变分原理导出了脱层壳的屈曲方程和定解条件 ,并用状态空间方法进行求解。通过与经典理论的比较 ,指出了它们各自的适用范围 ;考虑脱层壳的三种不同屈曲模态 ,分析了边界条件、脱层长度、深度对脱层壳屈曲载荷的影响 ;最后给出了正交各向异性脱层壳的屈曲分析     

波速测量层合复合材料冲击损伤实验

在层合复合材料横向冲击试验中,用应变片记录层合板表层在冲击过程中的应变响应,根据波的传播理论和连续损伤力学,从波速变化间接测得冲击下材料的损伤及损伤率。通过实验测得玻璃纤维／环氧（ＧＥ）正交层合板的动态损伤阈值,并证实了ＧＥ复合材料在拉伸阶段比在压缩阶段有更快的损伤扩展速率     

带有消声瓦的潜艇耐压壳的稳态振动和横向应力

采用混合分层理论和Ressiner混合变分原理,在壳的厚度方向取二次插值函数来描述位移沿厚度方向的变化规律;采用三次和四次插值函数来描述横向应力沿厚度方向的变化,线形处理筋条的变形,推导出粘弹加筋层合圆柱壳的动力学方程和协调方程组,并采用拉普拉斯变换,得出简支粘弹加筋层合圆柱壳稳态振动的响应解。对于自由阻尼层合圆柱壳,所给出的振动频率和结构损耗因子与解析解吻合良好.结果表明,较高的层间横向正应力是引起潜艇消声瓦脱落的主要因素,而采用较高模量的粘弹性阻尼材料将降低层间横向应力的幅值.     

复合材料层合圆柱壳的动力响应与层间应力

采用分层壳理论和厚度方向的二次插值函数推导出正交铺设层合圆柱壳的动力响应方程,并得出简支层合圆柱壳自由振动问题的解.对于给定算例,计算出的自振频率与三维分析的结果吻合良好,说明所推导的二维解具有足够精度.计算了前四阶模态对应的壳中应力.计算结果说明,对于高阶模态,层间应力相对于面内应力的比值远高于低阶模态的对应比值,高的层间正应力是高阶模态导致脱层破坏的主要原因.     

金属泡沫复合材料夹芯结构的压痕响应实验

金属泡沫夹芯结构是近年来新出现的一种明显具有结构和功能一体化特点的新型轻质材料,它在临近空间飞行器、航海及汽车等领域有着广阔的应用前景。以以纤维增强复合材料面板、闭孔泡沫铝芯子为特征的复合材料夹芯结构为研究对象,对其在球形压头作用下的压痕响应、损伤模式、变形机制和失效机理进行理论分析和实验研究。研究发现,泡沫铝复合材料夹芯结构的压痕响应是夹芯结构的各个组成部分的响应、相互作用以及压头属性的综合作用结果。泡沫铝复合材料夹芯结构在球压头作用下的损伤模式为基体开裂、纤维断裂、层间分层、泡沫铝的屈服及剪切断裂五种失效模式。     

安静型夹芯复合材料舵设计及其力学性能分析

通过对夹芯复合材料各层材料的选择,以及夹芯复合材料舵壳的结构设计,提出了夹芯复合材料舵的设计方案和制作工艺。并利用有限元方法计算了复合材料舵壳在流体压力作用下的应力和变形,以及在瞬态载荷作用下舵壳的振动响应。计算结果表明,夹芯复合材料舵壳满足结构的强度和刚度的要求,同时振动水平与钢舵比较有很大的改善。     

夹层复合材料耐压圆柱壳深水静压承载特性分析

为探究新型夹层复合材料耐压圆柱壳在深水环境中的极限承载能力及失效模式,以湿法缠绕工艺成型的圆柱壳模型为研究对象,通过开展深水静压试验研究及数值仿真,分析了结构的极限承载能力及失效模式。结果表明:夹层复合材料圆柱壳的失效模式为整体失稳,内外蒙皮均出现明显纤维断裂,伴随结构渗水,内蒙皮与芯层界面处出现分层并扩展,导致结构完全丧失承载能力。同时,在兼顾结构强度与稳定性双重指标前提下,预测了结构的渐进破坏模式及极限荷载,预测值与试验结果相比误差为5.97%。该研究为夹层复合材料耐压壳的应用设计提供了技术储备。     

复合材料新的热层合理论及其有限元方法研究

本文基子三维各向异性热传导方程和复合材料的一般层合理论,推导出复合材料层合结构瞬态温度场分析的新的热层合理论,并依据此理论建立了简单、实用的有限元格式。数值算例表明：基于热层合理论的有限元方法有较好的精度,同时又比传统的分析方法更简便、有效。     

复合材料帽型加筋层合梁刚度的理论计算研究

根据层合板理论,首先利用三维应力、应变转换关系,推导出复合材料帽型加筋层合梁的总体刚度矩阵公式,建立了复合材料帽型加筋层合梁的拉伸刚度和弯曲刚度理论计算式;然后,计算了轴向或横向荷载作用下,复合材料帽型加筋悬臂层合梁的拉伸和弯曲变形,并和ANSYS有限元计算结果进行了对比;最后,计算分析了腹板倾斜角度对结构刚度的影响。计算结果表明:腹板倾斜角度为60°时,帽型加筋结构的刚度和所需材料的比值达到最优值;拉伸和弯曲刚度的理论解和ANSYS有限元计算结果吻合较好,说明上述方法以及推导的计算公式是准确、可靠的。     

基于响应面法的复合材料层合板平面应力强度可靠性分析

针对处于平面应力状态下的复合材料层合板，考虑其材料参数、强度参数、几何尺寸以及承受载荷等随机因素，用分支限界法识别结构系统的各重要失效序列，应用响应面法对某具体层合板的各失效事件进行计算，进而计算出整个系统的失效概率，并且利用MATLAB程序以及ANSYS中的APDL语言编写了JC法计算程序。计算结果表明，一般情况下层合板首先出现基体损伤失效，然后才会出现纤维断裂失效。这一结果与一些文献中的试验结果相一致，表明这种概率分析方法可以应用于实际复合材料层合板结构的可靠性分析。     

复合材料圆锥壳稳定性分析的传递函数法

基于线弹性小变形理论， 利用Ｆｏｕｒｉｅｒ级数展开、Ｌａｐｌａｃｅ 变换和摄动方法， 建立了复合材料薄壁圆锥壳的静力响应、频率响应、自由振动与屈曲特征值问题的渐近传递函数解。构造了复杂边界条件、中间带支撑、变锥度及阶梯变厚度圆锥壳的传递函数解。数值计算结果表明该方法具有很高的计算精度。     

复合材料层合结构的非线性传热分析

基于一阶热层合理论,考虑材料非线性的影响,建立了复合材料层合结构非线性传热分析的热层合理论及其有限元方程.通过数值算例研究了材料非线性对反对称复合材料层合板瞬态温度场的影响.     

装备外壳结构周期设计及其振动特性

将声子晶体能带理论应用于装备外壳结构设计,把装备外壳圆柱壳段设计成周期结构。基于多子结构的双协调自由界面模态综合法,计算并对比了周期圆柱壳与非周期圆柱壳对弯曲振动的衰减特性。结果表明,周期圆柱壳中有弯曲振动强衰减带隙存在,而非周期结构中则没有带隙存在。进一步研究了轴向周期复合夹层材料圆柱壳的弯曲振动特性。同样,该周期复合夹层结构中依然有弯曲振动带隙存在,且在带隙频率范围内弯曲振动传播将受到明显的抑制。最后,考虑实际装备外壳形状,研究了含周期结构圆柱段的复杂装备外壳振动特性。研究表明,经过局部周期设计的复杂装备外壳保持了带隙特性,这说明了将能带理论应用于工程实际装备外壳的振动控制具有可行性。     

面内阶跃载荷下薄板弹性动力屈曲差分解

根据薄板微元的动力平衡分析导出薄板动力屈曲控制方程,由屈曲瞬间能量转换率守恒条件得出一个压缩波前屈曲变形的附加约束方程,由此得到求解薄板动力屈曲问题的完备定解条件.以受载边夹支的薄板为倒,利用有限差分法得出了薄板前三阶动力屈曲模态和相应的两个特征参数值,并对比分析了薄板静、动力屈曲的差别.分析表明,薄板动力屈曲过程中产生屈曲动能,比静力屈曲要吸收更多的外部能量.     

Analysis for the residual prestress of composite barrel for railgun with tension winding

Based on the elastic theory of cylindrical shells and the theory of composite laminates, a prediction model for the residual prestress of the simplified round composite barrel for railgun is established. Only the fibre pretension is considered in this model. A three dimensional numerical simulation for the residual prestress in the railgun barrel is carried out, by combining the temperature differential method with the element birth and death technology. The results obtained by the two methods are compared. It reveals that the distribution trends of residual prestress are consistent. And the difference for residual prestress in the filament wound composite housing of barrel is relatively small. The same finite element method is used to analysis the residual prestress in the non-simplified composite barrels for railgun, which are under different control modes of winding tension. The results mean that the residual prestress in barrel will increase while the taper coefficient for winding is decreasing. Therefore, the sealing performance in bore is improved, but the strength of the filament wound composite housing drops. In addition, the axial and circumferential residual prestress in the filament wound composite housing with constant torque winding are close to the ones in iso-stress design for barrel.     

Buckling analysis of embedded graphene oxide powder-reinforced nanocomposite shells

In this study, the buckling analysis of a Graphene oxide powder reinforced (GOPR) nanocomposite shell is investigated. The effective material properties of the nanocomposite are estimated through Halpin-Tsai micromechanical scheme. Three distribution types of GOPs are considered, namely uniform, X and O. Also, a first-order shear deformation shell theory is incorporated with the principle of virtual work to derive the governing differential equations of the problem. The governing equations are solved via Galerkin's method, which is a powerful analytical method for static and dynamic problems. Comparison study is performed to verify the present formulation with those of previous data. New results for the buckling load of GOPR nanocomposite shells are presented regarding for different values of circumfer-ential wave number. Besides, the influences of weight fraction of nanofillers, length and radius to thickness ratios and elastic foundation on the critical buckling loads of GOP-reinforced nanocomposite shells are explored.     

含裂纹钢板复合材料修补疲劳寿命数值分析

用ANSYS有限元软件对复合材料修复含边裂纹、中心裂纹和切口的钢板的疲劳寿命进行了数值分析.研究了边裂纹、中心裂纹长度对钢板疲劳寿命的影响,分析了碳纤维增强复合材料对3种损伤钢板疲劳寿命的修复效果.计算结果显示,修补后结构件的疲劳寿命可延长3～50倍.     

基于静力与稳定性分析的小卫星主接头选型优化

基于对预埋主接头蜂窝板的静力与稳定性分析,对小卫星主接头进行选型优化。采用三明治夹心板理论建立预埋分叉式和面板式小卫星主结构连接接头的蜂窝板试件有限元模型,分析得到了蜂窝板最大应力值与失稳载荷,通过与试验结果的对比分析确定了蜂窝板试件破坏原因。在此基础上讨论结构参数对蜂窝板承载性能的影响,确定出最优的接头设计形式。