嵌入式共固化缝合阻尼复合材料面内弹性参数

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料(embedded co-cured stitched damping composite, ECSDC)相对于传统的复合材料具有高比刚度、高比强度,高层间结合性能及三向力学可设计性等优点。ECSDC在共固化时蒙皮中的树脂处于熔融态后沿缝线贯通整个层合结构形成“复合钉”,复合钉的引入会导致纤维增强阻尼薄膜的面内力学性能分布不均,对ECSDC结构的理论分析造成困难。针对该问题,应用复合钉贯通的面内纤维折线变形模型,将变形区域进行划定,分别建立经、纬纱变形区,富树脂区,缝线等各区域的面内等效弹性参数理论模型,由此过渡到ECSDC结构。采用一个算例,运用ANSYS有限元模拟和Matlab数值计算研究了ECSDC典型结构,并与文献值进行对比,三者所得的结果吻合较好,验证了该理论模型和方法的准确性。在此基础上,用验证的理论模型研究了设计参数对ECSDC面内等效弹性参数的影响。该解析模型建模方法为研究胞元结构复合材料的力学性能提供了参考,为ECSDC结构的动力学与几何非线性研究提供基础。

密肋复合墙板等效弹性常数计算方法研究

为了解决密肋复合墙板材性复杂 ,弹性常数不易确定的问题 ,通过对墙板构造的分析 ,按照截面上混凝土含量不变的原则 ,经二次单向纤维加强 ,将密肋复合墙板等效为正交各向异性的纤维加强复合材料 ,建立了墙板的复合材料力学模型 ,提出了墙板弹性常数的理论计算公式 ,在此基础上进一步将等效墙板简化为各向同性模型 ,提出实用弹性常数计算方法 。

新型复合墙体弹性抗侧刚度计算分析

本文结合课题组前期的研究成果,就一种新型结构的主要受力构件———密肋复合墙体的弹性抗侧刚度提出两种计算方法:面积等效法和复合材料法;同时,本文给出了墙体复合材料等效弹性板计算模型。理论分析与试验对比表明:一次面积等效法严格遵从抗弯等效原理,但等效后的墙体截面形状比较复杂,不适用于工程设计计算;二次面积等效法的计算过程相对简单,但等效后所得砌块矩形截面板的抗弯刚度并不等于密肋复合墙体的抗弯刚度,只是简单地按面积等效,缺乏理论依据;由双向纤维单层复合材料模型推导的墙体弹性抗侧刚度计算值与实测值吻合较好,说明该模型具有一定的理论依据和实用价值,可以满足实际工程计算需要。

预制带肋底板混凝土双向叠合板等效各向同性板的弹性计算方法

结合预制带肋底板混凝土双向叠合板(简称双向叠合板)的正交构造异性特征,分析了当前实际工程设计中存在的问题。直接从双向叠合板的挠曲面基本微分方程出发,依据正交各向异性板理论,推导了双向叠合板与各向同性板挠度和内力的等效关系。由此等效关系,引入等效跨度比,修正双向叠合板的预制底板板肋平行、垂直方向边长,将其等效为相应的各向同性板来计算。最后,列举一边固支三边简支边界条件的双向叠合板算例,利用已有的各向同性板弹性计算系数表,直接按照等效跨度比进行插值计算,将所得结果同按照挠度和弯矩计算式计算结果进行比较。结果表明:计算结果吻合良好,各项弹性计算系数均满足双向叠合板与各向同性板挠度和内力的等效关系,说明本文提出的弹性计算方法是正确的。

密肋复合墙体复合材料等效弹性板模型研究

密肋复合墙体是建筑结构新体系密肋壁板结构的主要受力构件.提出用复合材料理论对密肋复合墙体的弹性阶段进行结构分析.以Mori-Tanaka的方法为基础,建立了适用于密肋复合墙体的等效弹性板模型,并利用弹性力学对各向异性等效弹性板的抗侧刚度进行了推导.该方法考虑了肋梁、肋柱以及砌块的泊松比对弹性常数的影响及板的各向异性对整体弹性抗侧刚度的影响.结合试验资料对模型进行了验证,结果表明所建立的复合材料等效弹性板模型及其抗侧刚度推导是可行的.

纤维增强复合材料动态性能参数的识别方法

构造了一种纤维增强复合材料等效动态性能本构模型。根据经典层板理论分别推导出了显含弹性常数和显含阻尼系数的纤维增强复合材料层板的刚度矩阵和等效阻尼矩阵。利用模态试验方法,得出了弹性常数、等效阻尼系数与层板振动模态之间的显式关系。通过识别本构方程中的等效阻尼系数,可以方便地推导出任意铺层数和任意铺层角度下层板的等效阻尼矩阵。算例分析表明,利用此方法识别出的弹性常数和等效阻尼能够满足工程精度要求。

基于三维等效弹性模量的轨道炮复合身管抗弯刚度分析

基于复合材料层合板理论,建立轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的三维等效弹性模量的计算模型。采用组合梁的转动惯量法对纤维缠绕的轨道炮身管的轴向抗弯刚度进行分析,并与相应有限元法的计算结果做对比。对比显示,两种计算方法在缠绕角度较小时,计算结果一致性较好。还对缠绕角度的变化对身管抗弯刚度的影响进行分析,结果表明,随着缠绕角度的增大,身管抗弯刚度呈先小幅下降后逐渐增大的趋势,并且碳纤维层缠绕角度的变化对轨道炮身管抗弯刚度的影响比玻璃纤维层的要大。

复合材料薄壁杆件理论

建立了在拉、压、弯、扭组合变形下复合材料薄壁杆件理论，给出了典型薄壁箱梁的等效弹性系数．

复合材料性能反演单向板弹性常数的方法

通过对复合材料层合板等效弹性模量的反演推算,得到单向板的弹性常数。当层合板中0°和90°铺层比例不等时,通过直接反推法得到唯一解,即单向板的弹性常数;但是当层合板中0°和90°铺层比例相等时,运用反推法得到无穷多组解,此时添加额外已知条件可确定唯一解。由算例分析得出:对于均衡层合板该方法预测结果较准确;但对于非均衡层合板预测结果误差偏大。复合材料弹性模量的反演推算充分考虑了材料因加工缺陷引起的随机性,所得结果能更真实地反映单向板的弹性常数。

均匀化有限元方法预测复合材料弹性性能

基于均匀化方法,从宏、细观两尺度进行分析,将复合材料视为等效的均质材料体,通过一个"平均化"过程确定所选择代表体积单元的应力、应变场,进而确定本构关系来描述复合材料的力学行为。本文将均匀化方法与有限元方法相结合,通过三次不同的加载,实现了二维简化模型下材料均匀化参数的计算。预测了单向纤维增强复合材料的等效弹性性能,与Mori-Tanaka方法得到的结果进行了对比,并应用于混凝土材料等效弹性模量的计算。