复合材料层合板力学性质分析及角铺设层优化设计

基于Kirchhoff经典理论,用样条有限元法以三次B样条函数构成的样条基对反对称多层角铺设层合板的三个独立位移进行插值,推导了复合材料层合板刚度阵,质量阵列式,阻尼阵列式,并由Lagrange方程导出了层合板的动力学方程,通过瑞利—李兹法建立了特征方程。分析了层合板的固有频率及不同层数和不同约束条件下的基频变化等力学特性,在Kirchhoff假设的基础上,对层合板的非线性弯曲的力学特性进行了探讨。基于样条有限元法和遗传算法进行复合材料层合板的角铺设层的优化设计,数值算列验证了算法的有效性。

复合材料层压板的纤维铺设角全局优化的遗传算法解法

本文利用遗传算法不需要梯度信息的全局优化能力，结合商用复合材料结构分析有限元软件，对复合材料层压板的各层纤维铺设角的全局优化设计问题进行了研究，算例的计算结果表明该方法是可行的。

双模数复合材料角铺设层板在柱形弯曲中的振动

本文提出了分析角铺设层板的有限层法。应用Jones模型和有限层法研究了双模数复合材料角铺设层板在柱形弯曲中的振动,着重分析了拉弯耦合影响。

基于非线性铺设角复合材料层合板的抗低速冲击性能研究

复合材料层合板由于具有轻质高强、设计性强等优良性能,在航空航天等领域得到广泛运用。其每层的铺设角度对层合板的力学性能具有重要影响。为了提高层合板抗低速冲击性能,对层合板的铺设角进行了设计,并对其在低速冲击下进行破坏机理研究,建立了非线性铺设角层合板低速冲击有限元模型。采用渐进损伤模型研究了材料的破坏行为,采用基于应力的破坏准则、断裂能准则和刚度退化法模拟纤维、基体和分层界面损伤开始及演化。通过对非线性铺设角层合板的最大峰值载荷、能量吸收和破坏行为的分析,详细揭示非线性铺设角对层合板抗低速冲击性能的影响及其失效机理。结果表明,非线性铺设角对层合板抗低速冲击性能有重要影响。本研究为改善层合板抗低速冲击性能提供了一定的设计依据。

纤维增强对称角铺设复合材料四边混合支撑矩形板弯曲解析研究

应用［１］给出的各向导性板结构横向弯曲一般解析解对承受均布载荷的纤维增强对称角铺设复合材料一对边固支一对边简支矩形板进行弯曲分析。分别选取强各向异性材料、弱各向异性材料进行分析。讨论了各向异性、铺设角、铺设层数和跨宽比对板挠度的影响。当纤维方向与简支边平行时板挠度为最小，纤维与固支边趋向平行的板挠度逐渐增大。在总厚度一定的基础上，铺设层数增多加大板的刚性，跨宽比大于１的板挠度受铺设角影响程度在减小。

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明:试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载~滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。

复合材料层合结构层间应力分析

采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了不同纤维铺设角下承受分布载荷层合板层间应力分布规律.研究结果表明：复合材料层合板层间剪应力τxx随纤维铺设角θ的增加而逐渐减小,但减小趋势不断减弱;层合板层间剪应力τyx随纤维铺设角度θ的增加而逐渐增加;距层合板中心o点距离为0～1.348m,层间剪应力随距离增大变化缓慢,为1.348—1.418 m,层间剪应力急剧增大,在自由边界角节点处层间应力达到极值,此处易于发生脱层效应.

复合材料层合板的瞬态特性分析

本文旨在研究复合材料层合板的瞬态特性。基于Kirchhoff经典理论,用样条有限元法以三次B样条函数构成的样条基对反对称多层角铺设层合板的3个独立位移进行插值,并推导了复合材料层合板刚度阵,质量阵列式。在瑞利阻尼的基础上构造了相应的阻尼列式,并由Lagrange方程导出了层合板的动力学方程,求解了反对称角铺设层合板的动力响应问题。通过算例,对于各种边界,选择样条函数作为振型函数,用样条配点法求出了结构的位移、速度、加速度的动力响应,并与New2mark法进行了比较。

剪切载荷作用下复合材料层合板优化分析

本文讨论了双向增强层合板承受剪切载荷使剪切屈曲线栽荷最大的铺层优化分析,文中首先证明了使剪切屈曲裁荷最大的最优结构必定是对称铺设结构,还通过结构的灵敏度分析证明了无论层合板层数是多少其最优铺设角不会超过三个,并说明上述优化问题还可作为单设计变量优化问题处理。

微分容积法分析复合材料椭圆板的自由振动

研究用一种高效率高精度的数值方法———微分容积法求解周边固支的反对称角铺设层叠复合材料椭圆板的自由振动,基于经典的薄板理论,首先建立了问题的控制微分方程和相应的边界条件,然后利用微分容积法将控制方程和边界条件转化为一组用域内配点位移表示的线性齐次代数方程,这是经典的线性特征值问题,利用子空间迭代法就可求出振动的固有频率因子,并通过数值算例,展示了方法的收敛性、简单性和有效性,经与已有的数值结果比较发现,本文结果具有很好的精度。

考虑横向剪切变形的反对称角铺设层合板的弯曲

本文对考虑横向剪切变形的反对称角铺设复合材料层合板弯曲问题进行了理论分析，得到了简化分层理论的封闭形式解。在由位能变分原理得到一般方程的基础上引入合理假设，得到了适合本问题的求解方程。在用简化的分层理论对典型算例进行数值计算的同时，也用经典层合板理论和一阶剪切变形理论进行了计算，一并与相关文献的三维精确解加以比较，结果表明，简化分层理论可以有效地应用于反对称角铺设层合板的弯曲问题。

角铺设层合板有限变形分析的减缩基法

应用减缩基方法，对导出的反对称角钢设层合板在均匀分布横向载荷作用下有限变形问题的控制微分方程进行了求解．展合板静态响应的数值计算结果表明，该方法是有效的和准确的．

复合材料斜交板弯曲解析

对承受均布载荷的玻璃钢对称角铺设斜形板进行了弯曲分析。针对一对边简支、一对边自由边界进行计算，讨论了斜角β、铺设角θ、铺设层数Ｎ和跨宽比α对板挠度的影响。计算表明在均布载荷作用下，对于小斜角（β≤４５°）的层合斜板的铺设角为４５°时挠度较小；而大斜角（β＞４５°）的层合斜板的铺设角为０°时刚性较大。在厚度一定的情况下，铺设层数Ｎ增大，斜板挠度一般也增大。

反对称角铺设层合板动力响应样条有限元分析

旨在研究反对称角铺设层合板的动力响应.基于Kirchhoff经典理论,用样条有限元法以三次B样条函数构成的样条基对反对称多层角铺设层合板的3个独立位移进行插值,推导了复合材料层合板刚度阵,质量阵列式,阻尼阵列式,并由Lagrange方程导出了层合板的动力学方程,通过瑞利一李兹法建立了特征方程.并分别计算了反对称角铺设层合板在不同长宽比、不同铺层数、不同铺设角情况下的固有频率.求解了反对称角铺设层合板的动力响应问题,并与已有的成果进行了比较.

基于ANSYS10.0的大型风电叶片主梁的研究

叶片主梁是大型风电叶片结构设计和有限元分析的重要部分。基于ANSYS软件对叶片进行了有限元分析,在此基础上研究了碳/环氧复合材料主梁的铺层变化对叶片的影响。研究结果表明:主梁复合材料的合理铺设角度是15°;主梁复合材料的铺设角和铺设厚度对叶片的固有频率影响不大。

基于新修正偶应力理论的斜交铺设层合Kirchhoff板模型与尺度效应

基于新修正偶应力理论,建立了只含有1个尺度参数的复合材料斜交铺设层合Kirchhoff板模型,并分析了铺设角对尺度效应的影响。采用虚功原理推导了任意铺设角的层合Kirchhoff板的弯曲方程和边界条件。通过新模型给出了四边简支反对称角铺设微尺度层合Kirchhoff板的解析解。结果表明:细观尺度各向异性层合板的尺度效应并不仅仅受其几何尺寸的影响,还受铺设角的影响;铺设角对尺度效应可能产生非常显著的影响。