三维四向编织复合材料的叠层板理论分析

基于经典层合板理论和叠层板模型,建立了一种分析三维四向编织复合材料力学性能的方法。在叠层板模型中,代表性体积单元的厚度为编织复合材料的整体厚度,宽度为一个编织花节宽度,长度为一个编织花节长度,并简化为具有不同材料主方向的单向层板的叠合结构。不同层板间的交叉重叠按各层板性能的体积平均进行简化,同时假设代表性体积单元具有均匀的中面应变和曲率。此外,模型中考虑了编织纱线的排列方式以及表面纱线的影响。理论分析结果与实验值吻合较好。

满足板面载荷和横向剪应力连续的层板理论

本文提出了一种简单高阶剪切变形层板理论。其位移场满足层间位移和横向剪应力的连续性，τ＿（ｘｘ）、τ＿（ｙｘ）在板面等于与板面平行的载荷。位移场的变量与一阶剪切变形理论一样只有五个，但无论厚薄板均逼近精确解。文中合理考虑了层板板面上与板面平行的载荷对层板的作用，大大改善了这类问题解的精度。

基于等效单层板理论的复合墙板挠度计算验证

在对一种竹筋—陶粒新型复合墙板的弯曲性能试验基础上,提出了复合墙板刚度和挠度计算的"等效单层板理论",将挠度理论值与试验值对比,发现基于"等效单层板理论"的复合刚度公式可应用于此类板的挠度计算。

纤维金属层板金属层应变测量及应力预测方法

纤维金属层板作为一种新型复合材料,已开始应用于航空航天领域。脱离传统应变测量方法,应用一种新测量方法——数字化光学应变法,实现了层板中金属层应变的测量;同时以子层刚度理论获得层板的等效刚度矩阵,修正经典层板理论中整体刚度矩阵的求解方法,实现了金属层应力的更准确预测。以纤维增强铝锂合金2/1及3/2层板为例,使用光学应变法测量其金属层应变进而计算金属层应力,利用有限元仿真分析、经典层板理论及修正方法分别对其进行金属层应力预测。通过对比光学应变测量结果和有限元仿真结果,2/1及3/2层板光学应变测量结果与仿真结果最大误差分别为2.12%和3.68%,验证了新测量方法的准确性及实用性;通过对比光学应变测量结果和层板理论预测结果,2/1及3/2层板模型修正后结果比修正前准确率分别提升了2.91%和5.83%,验证了修正模型的有效性及先进性。

多层复合材料弹性模量理论估算

本文采用材料力学和层板理论方法,对由玻纤表面毡、编织毡、单向布、方格布组成的多层复合材料弹性模量进行计算,得出计算公式。举例计算结果两者误差很小。此外复合材料中的孔隙率对弹性模量有一定的影响,当孔隙率为5%时,弹性模量降低4.6%。

湿热环境下纤维增强树脂-泡沫夹层结构Ⅱ型断裂理论分析

玻璃纤维增强树脂(GFRP)-泡沫夹层结构以其轻质、耐腐蚀、抗弯抗压性能优异等特点使其广泛应用于墙板、快速道路铺装等工程中。然而在服役期间,GFRP-泡沫夹层结构通常处于高湿的工作环境中,这势必对夹层结构的各项性能产生影响。在造成GFRP-泡沫夹层结构损伤破坏的诸多因素中,剥离损伤占据了很大的比例,滑移型剥离(Ⅱ型断裂)破坏不容忽视。基于一阶剪切变形的叠层板理论,对带有初始裂纹的GFRP-泡沫夹层结构进行理论分析,推导出含有相关参数的Ⅱ型临界能量释放率表达式,并用该理论值与试验值进行对比,验证其正确性。

GFRP管混凝土组合结构压弯构件非线性全过程分析

本文应用细观力学、经典层板理论、平截面假定、FRP约束混凝土本构模型及数值积分对GFRP管混凝土组合结构压弯构件进行了非线性全过程分析。通过理论计算发现GFRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力,且构件具有良好的变形能力。FRP壳体参与承载且有效地约束混凝土的变形,显著提高核心混凝土强度和变形能力。文中讨论了轴压比、长细比、径厚比、混凝土强度等级、纵筋配筋率、铺层角变化对极限水平荷载和极限水平位移的影响,从而得到了一些有益的结论。

复合材料的“生态性能”

在复合材料设计中,一种材料的性能是用技术质量标准或准则根据其固有的力学性能来进行评价。环境和健康的影响也是重要的准则,但这些还没有在性能试验中被定义和考虑。经济型设计也是基于对环境性能的评估,为了达到此目的,需要进行这方面的工作。

南城大桥桥面铺装可靠性分析

以南城大桥的工程实践为背景,将确定性分析与可靠性分析相结合,运用复合材料层板理论空间有限元方法和序列响应面分析技术,对南城大桥桥面铺装可靠度进行分析研究,并将研究结果运用到桥面铺装的设计实践中。

正交压电复合材料层板各类边界的解析解

压电复合材料层板由压电片与纤维层叠合而成。基于等效单层理论的位移场和电势场,针对正交铺层压电复合材料层板柱面弯曲问题,建立了力电耦合平衡方程,获得了一般边界的解析解。解析解由特解和通解两部分组成,特解对应于简支边界条件,通解由其他各类边界条件确定。平衡方程的变量仅4个,且不随层数变化。如采用相应的位移和电势分布函数,可以得到一阶理论、高阶理论、指数型理论等多种理论的解析解。算例中给出了各种边界条件下位移、应力和电势的解,讨论了各种理论的精度,观察到了固支边界的应力奇异现象。

纤维金属层板的静力学性能测试与预测模型

为研究纤维金属层板(FML)的非线性变形行为和损伤机制,对GLARE2-2/1、GLARE2-3/2、GLARE3-2/1、GLARE3-3/2、GLARE6-2/1和GLARE6-3/2层板进行了静力拉伸测试,同时采用数字图像相关(DIC)技术观测了GLARE2-3/2、GLARE3-3/2和GLARE6-3/2试样的全场应变,基于修正的经典层板理论建立了考虑金属层塑性和预浸料层损伤的理论本构模型,模拟预测了GLARE层板的轴向弹性模量、断裂强度和应力-应变曲线,与测试结果进行了对比分析。对经历载荷作用的试样,采用腐蚀去层的方法研究了内部预浸料层的损伤。结果显示:铺层增加后受损伤预浸料层的性能退化更多,采用DIC技术能够有效检测静力拉伸载荷下GLARE试样内预浸料层的损伤,理论模型方法能够很好地模拟GLARE试样的静力拉伸试验过程。

受热双层金属圆板的非线性振动

研究了双层金属圆薄板在静态均匀变温下的轴对称非线性自由振动问题。通过对双层板坐标参考面的选择,建立了其与经典vonK rm n单层板理论相似的控制方程,而后借助于计算机代数系统Maple进行摄动变分求解,获得了受热双层板非线性振动频率与振幅间特征关系的三次近似解析解,并绘出了不同加热温度下的幅频曲线。得出受热双层板的振动呈现硬弹簧特性,且升温使板的振动频率降低,降温使其升高等结论。该文的方法极易推广到单层和多层受热薄板非线性振动的分析。