静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的稳定性研究

针对静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的临界屈曲载荷理论预报,本文基于Sander非线性壳体理论,结合圆柱壳变形几何方程以及纤维缠绕层的本构关系,推导出静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的屈曲控制方程;通过求解控制方程提出一种适用于静水外压下复合材料圆柱厚壳临界屈曲压力预报的解析方法;基于有限元模型对不同缠绕形式和缠绕角下的壳体临界屈曲压力进行对比计算,验证解析方法的准确性;基于解析方法,研究复合材料圆柱厚壳关键几何参数及材料设计对临界屈曲压力的影响。

复合材料层合厚圆柱壳高阶理论的改进及其应用

建立了一个改进的 L CW型的精化高阶理论 ,以分析厚圆柱壳的振动。提出 u,v为三次多项式、w为二次多项式的位移模式 ,并利用上、下自由表面横向剪应力为零的边界条件 ,对所假定的位移场作了化简 ,将三阶剪切变形理论的未知数缩减为 7个 ,在此基础上建立了相应的有限元列式。通过一个典型算例 ,与 Soldatos和 L am的高阶剪切变形理论的解析解作了比较 ,说明笔者的精化高阶理论是可行的 ,而且具有较高的精确性 ,比 L CW高阶理论更具有实用性。还通过频率参数随长度半径比 L/ R的变化 ,说明由于考虑了法向应力和法向应变 。

内衬泡沫复合材料层合圆柱壳隔声特性分析

基于复合材料火箭整流罩腔内噪声被动控制方法,将装载精密仪器的整流罩圆柱段等效为圆柱壳,采用仿真分析和实验测试相结合的方法探究内衬泡沫复合材料层合圆柱壳的中低频(100 Hz~1000 Hz)隔声特性。基于Virtual.Lab Acoustic声学软件建立有限元模型,并搭建实验平台,通过实验测试圆柱壳腔内响应以验证中低频下模型的正确性。仿真分析100 Hz~1000 Hz频段下内衬三聚氰胺泡沫(Melamine Foam,MF)厚度、敷设率和敷设位置等因素对复合材料层合圆柱壳隔声性能的影响规律。结果表明:在300 Hz~1000 Hz频段,随内衬泡沫厚度增加,复合材料层合圆柱壳隔声量增大;在430 Hz~1000 Hz频段,内衬泡沫敷设率在25%、50%和75%时,复合材料层合圆柱壳分别能达到17.24 dB、17.81 dB和19.05 d B的隔声效果。

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 .

复合材料层合薄壁短圆柱壳动力学相似模型几何适用区间确定方法

针对旋转复合材料层合薄壁短圆柱壳结构的相似试验模型设计问题,提出一种不完全几何相似(畸变)模型的几何尺寸区间确定方法。用动力学平衡方程分析与敏感性分析相结合,建立层合薄壁短圆柱壳模型与原型间的相似关系,通过对导出的三种固有特性相似关系进行修正,得到层合圆柱壳动力学相似关系。以一种常用复合材料层合薄壁短圆柱壳为例,在深入研究使模型与原型在固有特性相似(即固有频率成比例映射关系、且振型保持一致)时,畸变模型的几何尺寸适用区间确定方法的基础上,利用数值分析方法,最终得到复合材料层合薄壁短圆柱壳模型和原型在不同阶次下,固有特性相似的畸变模型几何结构适用区间及其边界函数的确定方法。该研究结果为旋转层合薄壁短圆柱壳的动力学相似模型设计问题奠定了理论基础。

复合材料层合圆柱壳体缓冲吸能的实验与模拟

根据复合材料层合圆柱壳体受轴向冲击作用下的动力学,通过准静态压缩实验对标准型和采用花瓣型引发方式的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合圆柱壳体的缓冲吸能特性进行了研究,运用ANSYS/LS-DYNA基于Chang-Chang失效准则判断的模型对落锤冲击下复合材料层合圆柱壳体的动力响应过程进行了模拟,标准型复合材料层合圆柱壳体模拟的结果与关键性实验数据能较好地吻合,其中4 ms时刻的速度、位移、加速度以及加速度峰值的误差分别为19.5%,12.0%,6.4%,14.6%.而花瓣型复合材料层合圆柱壳体在引发方式上的改进使得材料在比吸能上有所提高,而且能极大地降低初始荷载峰值并延长到达峰值所需的压溃位移长度.利用基于Chang-Chang失效准则判断的模型可准确模拟压溃过程和材料的失效现象。

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。

考虑铺层角的复合材料圆柱壳自由振动三维弹性准确解

为了获得任意角度铺层的多层复合材料圆柱壳的自由振动准确解,在三维弹性理论的基础上,结合分层理论和状态空间法,建立横向位移和应力的传递矩阵,轴向和环向位移采用双螺旋模式的位移函数,对任意角度铺层复合材料圆柱壳简支边界条件下的自由振动进行了理论推导,得到了自由振动方程的精确形式。与文献理论解和有限元计算结果对比,结果表明,关注频率在2倍的环频率以下时,薄壳的固有频率计算精度能控制在1%以内,厚壳的固有频率计算精度能控制在2%以内。对于厚壳的计算可将壳体沿厚度方向划分为多层来处理,这样能有效提高计算精度。计算分析了铺层角对壳体固有频率的影响,环向模态数较低时,固有频率随着铺层角的增加呈抛物线变化趋势;环向模态数较高时,固有频率随着铺层角的增大单调递增。该理论方法同样适用于均质各向同性壳和正交各向异性圆柱壳。

复合材料层合旋转圆柱壳振动特性研究

采用有限元法研究层合旋转壳的振动特性,考虑了科氏力、离心力、初应力及大变形引起的几何非线性的影响,揭示了大变形几何非线性对层合旋转壳固有特性的影响。通过研究[0°/90°/90°/0°]和[0°/90°/0°/90°]两种铺层圆柱壳在不同转速下的固有特性,揭示了复合材料旋转圆柱壳的固有特性随转速及铺层方式的变化规律。

湿热环境中复合材料层合圆柱薄壳的屈曲和后屈曲

在宏_细观力学模型框架下 ,讨论湿热环境对复合材料层合圆柱薄壳在轴向压缩作用下屈曲和后屈曲行为的影响· 基于细观力学模型复合材料性能与湿度和温度变化有关· 壳体控制方程基于经典层合壳理论 ,并包括湿热效应· 壳体屈曲的边界层理论被推广用于湿热环境的情况 ,相应的奇异摄动法用于确定层合圆柱薄壳的屈曲荷载和后屈曲平衡路径· 分析中同时计及壳体非线性前屈曲变形和初始几何缺陷的影响· 数值算例给出完善和非完善正交铺设层合圆柱薄壳在不同湿热环境中的后屈曲行为· 讨论了温度和湿度 ,纤维体积比率 ,壳体几何参数 ,铺层数 。

外部压力作用下复合材料层合圆柱壳的脱层扩展分析

含脱层的层合圆柱壳在承受外部压力作用时,容易发生脱层扩展,进而引起结构失效.基于可动边界变分原理并考虑脱层间的接触效应对圆柱壳在外部压力作用下的脱层扩展进行了分析,同时应用Griffith准则,导出了脱层前缘各点处的能量释放率表达式,且以轴对称脱层层合圆柱壳为例进行了数值计算,讨论了脱层大小、脱层深度、几何尺寸、材料性质及纤维铺层方式等因素对脱层扩展的影响.

复合材料层合圆柱壳的有限元分析

本文根据ReissnerMindlin型的全局位移场(一阶和三阶),应用有限元预测—修正法,数值计算和分析了机械载荷作用下复合材料层合圆柱壳的挠度和横向剪应力。首先按照一般的有限元分析过程(没有引入剪切修正系数)计算出层合圆柱壳的挠度预测值;然后利用Lagrange插值构造横向剪应力的一般形式,使得满足层间连续和表面上为零的条件,通过最小二乘法拟合三维应力平衡方程获得横向剪应力;最后在单元上计算和引入剪切修正系数,再经过有限元分析计算出层合圆柱壳的挠度修正值。数值计算结果与三维线弹性解的比较表明,挠度修正值和横向剪应力的精度是十分满意的。

压磁压电层合复合材料圆柱壳表面局部分层屈曲

基于复合材料层合壳理论,利用压磁压电纤维材料的本构关系,考虑在温度和电场、磁场作用下,推导含压磁压电材料的局部非对称分层子层壳的总势能及屈曲控制方程.分析子层屈曲时,考虑了面内横向位移.通过对不同铺层形式的计算,给出了温度、电场、磁场荷载作用下,压磁压电复合材料层壳的几何参数、物理参数对任意方向椭圆形的局部分层屈曲临界应变值的影响规律.

复合材料层合圆柱壳传声损失仿真分析

针对复合材料层合圆柱壳的降噪问题,采用实验测试和数值模拟相结合的方法探究复合材料圆柱壳中低频的降噪特性。基于Virtual.Lab Acoustic软件,对壳体传声损失进行数值计算,通过与实验测试数据的对比,验证了有限元模型的可靠性。数值模拟150Hz-1000Hz范围内复合材料圆柱壳铺层角度、厚度及材料参数等因素对壳体传声损失的影响规律。结果表明:铺层角度的变化对壳体传声损失影响较大;圆柱壳厚度的增加能有效提高壳体的传声损失;E1和E2的增加提高了壳体的传声损失,但在150Hz-470Hz频段对传声损失影响不大。对结果分析可得:对复合材料铺层角度和材料参数的合理设计对提高结构的传声损失具有较大的意义。

复合材料层合圆柱壳的径向脉冲屈曲

针对无限长复合材料层合圆柱壳或圆环受均匀径向脉冲冲击作用下的动力屈曲，采用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程导出包含横向剪切变形和转动惯量的屈曲控制方程；由四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔａ方法所得的数值结果，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．通过算例，讨论了横向剪切变形、转动惯量、铺层角度等因素对角铺设层合圆柱壳动力屈曲的影响．

层合圆柱厚壳热应力分析的状态方程及其半解析法

通过对Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理的修正，导出了变温作用下层合圆柱厚壳的状态方程及其半解析法，该方法在ｚ－θ曲面内采用通常的有限元离散，而沿壳厚（ｒ）方向采用状态空间法给出解析解答，且通过采用状态转移矩阵，建立了层合圆柱壳内外表面应力和位移之间的关系式，然后利用打靶法进行求解，从而大大降低了计算中的未知量数目。

复合材料层合壳体的弹性理论解

本文研究了正交铺层并可具有各向同性层的纤维增强圆柱壳体,两端为简支,承受轴对称分布载荷的层问应力问题。纤维单层可简化为正交向异性的或横观各向同性的材料,直接应用三维弹性理论求得精确解。实例计算分析了在均布压力作用下的双层与三层叠层圆柱壳体。所得结果不但可作为评价其它近似方法的参考,而且在层合结构的设计中也有较大的实用价值。

圆柱厚壳混合状态等参元的半解析解

本文给出圆柱壳问题混合状态方程的一种强有力的半离散半解析方法——混合状态等参元,它沿壳厚方向未作任何位移及应力分布假设,采用状态控制方程给出解析解答,与通常壳体元相比减少了未知量数目,提高了计算效率.

正交异性层合圆柱厚壳静、动态问题的分析解

本文抛弃任何有关位移或应力模式的假设,在柱坐标系下对圆柱型正交异性体建立其状态方程。对层合圆柱厚壳利用Cayley-Hamilton定理一次求解全部未知量。无论层数多少,最后都归结为求解三元一次代数方程组。此解满足所有弹性力学方程并计及了全部弹性常数,可得到任意需要的精度。

厚壁圆柱壳开孔应力集中问题的复变函数解法

本文基于考虑横向剪切变形影响的厚壳理论建立了求解圆柱壳开孔应力集中问题的复变函数方法，得到了此种问题的一般解和满足任意形开孔边界条件的表达式·该应力集中问题可以简化为求解无穷代数方程组的问题·用复变函数方法可以规范地求解应力集中问题·文中给出了圆柱壳开小圆孔和椭圆孔时应力集中系数的数值结果·