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     

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.     

反对称铺层碳纤维复合材料圆柱壳的双稳态应力特性

双稳态复合材料可广泛应用于各类可变结构的设计.针对反对称铺层的圆柱壳,利用有限元软件ABAQUS的Standard准静态分析,模拟其双稳态跳变过程和跳回过程,探讨在整个连续过程中圆柱壳上的应力分布情况,以及应力随时间和载荷变化的趋势,从而对该类可变结构的设计起到指导作用.结果表明:该类复合材料圆柱壳跳变过程中最大应力出...     

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。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳水下声辐射优化

为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的最大值为优化目标,进行了优化分析。结果表明:对复合材料圆柱壳的铺层角度进行优化设计可以有效提高其声辐射性能,相比对称铺层方式,优化后的远场辐射声压级在50～300Hz频段内平均降低了3.6dB。该结果验证了优化设计的有效性,为下一步进行大型复杂水下结构的声辐射优化研究提供了一定的思路。     

单层壳体潜艇回波亮点声图像仿真和试验验证

为了从水下目标回波声图像中获得尺度、要害部位等重要特征信息,提出一种将板块元分析和正交波束形成相结合来实现对潜艇目标进行回波声图像分析的方法,并对多波束系统条件下单层壳体潜艇的时间-角度回波结构和二维几何亮点声图像进行了仿真,通过目标表面高频亮区的分布解释了单层壳体潜艇亮点声图像的形成原因,最后利用湖上试验验证理论仿真结果.试验结果表明;亮点声图像可以反映水下目标几何亮点的分布规律,并在一定程度上反映目标的尺度和姿态特征;单层壳体潜艇回波亮点主要来源于艇体、指挥台围壳、艉舵3个部位.     

抗超高速撞击多层结构复合材料研究

本文介绍了抗超高速撞击多层结构复合材料的设计、制备和实验,并对结果进行了讨论,实验证明,以SiC陶瓷基复合材料为防护层、以空心微珠或多孔变密度复合材料为缓冲层、以编织物复合材料为结构层的多层结构复合材料,具有面密度低、抗撞击速度范围宽、抗撞击性能好的特点。     

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。     

冲击波载荷作用下固支正交各向异性薄板挠度特性分析

根据能量原理,采用层合板理论和薄板大变形理论,对四边固支的矩形正交铺层的纤维增强复合材料薄板在爆炸冲击波作用下的弹性大变形进行理论分析,得到了层合板的最大挠度计算公式。有限元数值模拟计算表明,理论计算结果与有限元数值模拟的结果吻合较好,因此该方法可用来对复合材料板在弹性范围内的最大挠度进行预测,同时认为根据薄板的最大挠度,可以计算板的应力(应变)分布和复合材料板失效时的爆炸载荷。     

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。