复合材料帽形加筋梁强度及刚度实用计算与试验

利用变形协调方程,推导了复合材料帽形加筋梁的等效弯曲刚度公式,建立了复合材料帽形加筋梁的应力、挠度计算公式.计算了均布荷载作用下,不同边界条件下复合材料帽形加筋梁的应力和挠度,并进行了帽形加筋梁的三点弯曲强度试验.对比分析了数值计算结果和试验结果,结果表明:理论计算结果和试验结果吻合较好,说明该方法以及推导的计算公式是可靠的,易于在复合材料船体初步设计阶段中使用.     

面内载荷下复合材料帽型加筋板结构稳定性分析

为探究复合材料帽型加筋板结构稳定性问题,首先根据层合板理论和等效刚度法,通过分析边界条件得出复合材料帽型加筋板在面内压载作用下局部失稳的特征方程;然后,引入算例进行了数值计算,定量分析了结构参数变化对帽型加筋板临界载荷和屈曲模态的影响规律;最后,结合算例进行了相应的试验分析,试验结果和计算结果吻合较好。分析表明：帽型加筋板在面内压载作用下优先发生局部失稳,通过合理设计帽型筋条可有效避免结构整体失效。该研究结果对工程结构设计应用具有一定的理论参考价值。     

剪切变形对夹芯复合材料悬臂箱梁挠度的影响

为了分析剪切变形对夹芯复合材料悬臂箱梁挠度的影响,推导了夹芯复合材料薄壁箱梁的等效弯曲刚度和剪切刚度,将夹芯复合材料悬臂箱梁等效为具有等跨度等刚度的均质箱梁;利用初等梁理论得到了考虑剪切变形的夹芯复合材料悬臂箱梁的挠曲线方程;分析了剪切变形对夹芯复合材料薄壁箱梁挠度的影响,为复合材料薄壁箱梁的设计提供了理论参考.     

含磁电弹夹层的压电/压磁层合纳米梁弯曲的研究

为研究磁电弹夹层及尺寸效应对含磁电弹夹层的压电/压磁层合纳米梁弯曲行为的影响,基于非局部理论与正弦剪切型变形梁理论建立了相应的力学模型,并利用虚功原理推导出层合梁平衡方程与边界条件,最后通过数值解法求得层合梁中点的弯曲挠度。对数值结果分析可知:磁电弹夹层对压电/压磁层合纳米梁的弯曲有重要影响,其中主要的影响因素包括磁电弹夹层中压电或压磁材料的体积分数和夹层厚度。分析得到了压电或压磁材料的体积分数和夹层厚度以及非局部参数对层合梁弯曲影响的规律,所得结论可为此类材料的工程应用提供理论参考。     

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。     

预应力与非预应力BFRP筋混凝土梁非线性有限元分析

玄武岩纤维筋（BFRP筋）是一种性能优良的新型复合材料。为研究玄武岩纤维筋在预应力结构中的应用，运用混凝土结构非线性有限元的基本理论，利用ANSYS对预应力、非预应力玄武岩纤维筋混凝土梁进行非线性全过程计算。根据荷载挠度曲线、特征荷载值、裂缝情况等结果进行对比分析，结果表明预应力玄武岩纤维筋混凝土梁具有较高的抗裂度和刚度，而变形能力却较差；在等配筋率的情况下，极限承载力与非预应力梁相当。     

梁的蠕变脆性各向同性弯曲损伤模型

本文在梁的纯弯曲损伤基本假设条件下,导出了弯曲损伤的基本方程,与Ｋａｃｈａｎｏｖ的材料刚度劣化（受载横截面积减小）定义拉伸损伤变量类似,以梁的弯曲刚度劣化（惯性矩减小）定义弯曲损伤变量,从而建立了与Ｋａｃｈａｎｏｖ拉伸损伤模型相类似的梁的各向同性弯曲损伤模型。最后,以受蠕变纯弯曲梁为实例进行了损伤分析,在一次近似条件下,该弯曲损伤模型的材料常数可由Ｋａｃｈａｎｏｖ拉伸损伤模型的材料常数确定,且所得计算结果与Ｋａｃｈａｎｏｖ拉伸损伤模型所得结果比较吻和,表明该弯曲损伤模型是合理适用的。     

船体结构刚度对桅杆振动特性的影响及控制

采用Euler Bellouli梁理论推导出桅下船体结构旋转刚度和桅杆首阶固有频率参数之间的关系.用桅下船体结构的旋转刚度kα和桅杆参数EIl的比值判断桅下船体结构的旋转刚度对首阶固有频率的影响,对一个安装在不同旋转刚度基础上的桅杆实例进行了有限元计算,找出了桅下船体结构旋转刚度的合理设计范围.有限元软件仿真计算结果表明,合理地选择kα值可使桅杆首阶振动频率得到主动控制.     

高柔悬臂结构的弯曲型集中质量模型研究

基于质量集中和刚度等效的原则,提出了一种将高柔悬臂结构简化为弯曲型集中质量模型的新方法。首先,根据集中质量法确定简化模型节点处的集中质量。然后,基于振动特征方程和悬臂结构柔度矩阵中各元素与抗弯刚度的倒数之间具有线性关系的特点,推导出固有频率与层间等效抗弯刚度之间的非线性关系式;通过有限元软件对结构进行模态分析,提取其固有频率,将提取的固有频率代入关系式即可计算出等效抗弯刚度。最后,用数值算例对比验证了该模型简化方法的有效性和精确性。     

夹芯复合材料基座结构设计与强度分析

提出了两型夹芯复合材料基座结构的设计方案,建立了夹芯复合材料基座数值分析模型,通过理论分析确定了影响基座结构刚度和强度性能的主要参数;应用有限元法,分析了铺层方式、支撑厚度和骨架形式等对直支撑基座结构刚度和强度性能的影响规律,计算并讨论了曲率半径对弧形支撑式基座刚度和强度性能的影响;比较了5种夹芯材料基座的结构力学性能,并通过优化设计,确定了夹芯复合材料基座结构形式。     

双材料V型切口应力强度因子的加料有限元分析

应用Williams本征函数展开和线性变换求解V型切口端部渐进位移场。将该位移场加入常规等参单元位移模式中,构造双材料V型切口加料单元和过渡单元的位移模式,推导加料有限元方程。建立带V型缺口双材料三点弯曲梁试件和直角界面端平面问题的加料有限元模型,求解有限元方程可直接得到应力强度因子。计算结果与用其他方法得到的数据吻合,验证了方法的正确性,可用于双材料V型切口结构断裂特性计算分析。     

筒形桅杆有限元计算模型及无刚度奇点的消除方法研究

本文提出了一个用于消除空间杆梁结构有限元模型中的无刚度“奇点”的元素及相应的刚度矩阵计算公式。在无刚度“奇点”出现处以此元素替代拉压杆元,可使空间杆梁结构模型中的无刚度“奇点”消失,能够在不增加整个计算模型自由度的情况下提高计算结果的精度。在微型计算机上运用全部三维12自由度梁单元计算模型、拉压杆元——加弹性支座计算模型和本文提出的计算模型对某型军舰的桅杆结构进行了实例计算比较。计算结果表明:用本文方法得到的应力值、位移值与全部三维12自由度梁单元模型的计算结果符合良好。     

弹性支承梁固有频率影响因素研究

通过将折叠舵简化为梁模型来研究一种典型结构折叠舵频率的影响因素。对于梁内出现的弹性支承情形,采用了以分段表示的运动微分方程、简支和自由边界条件以及弹性支承处连续性条件来描述。根据梁的振动的基本方程,推导出弹性支承弯曲振动梁的频率方程的解析表达式,并利用数值方法计算出在不同条件下弯曲振动梁的频率,研究弹簧刚度,有效比刚度,以及支承点位置对固有频率的影响。     

复合材料偏心加筋壳特性分析

用任意加筋壳单元研究了复合材料偏心加筋壳结构的特性.研究表明,在结构几何尺寸已经确定的情况下,可以调整加强肋骨的偏心量,以改变加筋壳结构内部的受力和变形;调整加强肋骨的布置方式也是改变加筋壳结构强度和刚度的有效方法.     

材料随机梁的有限元分析

提出一种以柔度为基础的具有随机刚度弯曲梁的有限元公式。在计算过程中 ,用与刚度均值有关的内力近似表示未知内力值。通过蒙特卡罗模拟可示出刚度的一维可靠性密度函数和相关函数 ,可用来估算柔度的均值和协方差函数。最后根据新的公式计算出随机梁的均值和协方差。     

尾座式电动飞机复合材料机翼结构优化设计

以复杂地形地区物资快速投送平台设计为背景,开展尾座式电动飞机复合材料机翼设计研究。对机翼结构载荷进行分析,对机翼结构构件布置和铺层进行设计,形成复合材料机翼结构设计方案。建立复合材料机翼结构有限元模型,开展典型工况条件下的静力分析,得到机翼结构变形、应力和Tsai-Wu失效因子分布。采用分步优化策略,以机翼结构铺层厚度和铺层角度为设计变量,开展机翼结构质量优化计算,优化结果表明,优化后的机翼结构在满足强度和刚度要求下质量减轻约47.77%,可为尾座式电动飞机结构设计提供重要参考。     

复合材料层合结构层向理论及应用进展

层向理论是由Reddy提出来的一种用于精确分析复合材料层合结构的三维板壳分析理论。由于不引入任何的变形和应力假设条件,因此相较于传统的等效单层板理论,层向理论在分析大厚度复合材料层合板壳结构的静动态响应及其局部层间效应时具有较大的优势。系统地综述了层向理论近年来的研究进展、数值解法及其应用情况。具体包括:层向理论的基本原理及发展现状、基于层向理论的有限元方法及改进模型、层向理论在复合材料层合结构静动态响应及含损伤问题领域的应用等。并对该理论可进一步拓展的研究方向进行了展望。     

挠性接管在轴对称载荷下的应力应变计算

针对目前挠性接管强度计算存在的不足,在充分考虑骨架层的弯曲刚度和扭转刚度对挠性接管强度影响的基础上,推导出在承受轴对称负荷(拉压、扭矩及内压)时,挠性接管及其加强筋的应变和外力的关系,为挠性接管的结构设计和强度计算提供了理论公式.     

弯曲载荷作用下复合材料T型接头的失效分析

运用蔡-吴逐步失效判据和黏聚接触模型建立弯曲加载下的T型接头的有限元模型。对复合材料T型接头在弯曲加载下的损伤机理和承载能力进行数值模拟。结合静态弯曲加载实验,揭示T型接头在弯曲破坏过程中的四种失效模式。T型接头的弯曲失效载荷的有限元模型计算结果与实测值吻合较好。     

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.