新型CSIPs复合夹层板的力学性能研究

结合玻璃纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,即FRP)和SIPs板(Structural Insulated Panels)的优点,提出了一种以FRP作为面板,扩展聚乙烯泡沫(EPS)为芯板的CSIPs复合夹层板.为了掌握CSIPs复合夹层板的力学性能,首先采用Reissener大挠度理论,推导了CSIPs复合夹层板的挠度和极限承载力的计算公式;然后应用ANSYS软件进行了有限元模拟分析;最后制作1 000 mm*1 000mm的CSIPs复合夹层板进行了模型试验研究.结果表明,理论分析解、有限元模拟结果和试验结果三者基本一致,根据大挠度理论推导出的CSIPs复合夹层板的位移及极限承载力正确;CSIPs复合夹层板重量轻、强度高的优点突出.

复合材料加筋/夹层板壳声振特性研究进展

复合材料加筋/夹层板壳结构在众多工程领域结构物中已得到广泛应用,研究其声振特性对于指导工程设计具有重要意义。本文对国内外复合材料加筋/夹层板壳结构声振特性的研究进行回顾、梳理和归纳,并探讨各种研究方法的适用性,以及未来的研究趋势。综述结果表明:解析与数值相结合的研究方法兼具灵活性和高效率,是研究声振特性的有效方法,也是重要的发展方向;新材料的应用给研究带来了新变化,增大了结构动力学和声学的设计空间;现有的分析方法可以模拟出结构的任意边界条件而无法还原实际边界条件,因而需要结合试验研究作为支撑。

基于一阶zigzag理论的软芯复合夹层板冲击载荷下的动态响应分析

本文提出一种简化的用于求解软芯复合材料夹层板的一阶zigzag理论模型,该模型能精确求解外载荷作用下软芯复合材料夹层板的静态和动态响应。软芯复合材料夹层板的上下面板采用一阶剪切变形理论,芯材运用线性函数模拟横向和面内位移。模型充分考虑芯材厚度方向的应力和应变,能很好满足横向剪切应力和位移界面边界条件。基于此模型,运用Newmark法求解控制方程分析冲击载荷作用下简支软芯复合夹层板的动态响应,将提出的一阶zigzag理论模型与公开发表的文献结果进行了准确性对比验证。在验证的基础上进行了一系列的参数研究,并详细研究了各种参数对夹层板动态响应的影响。计算结果能为船用软芯复合材料夹层板提供理论设计指导。

复合材料夹层板的振动及阻尼分析

本文对复合材料夹层板的动态问题提出了一种新的位移修正模式，该位移模式包括了面板的横向剪切变形及夹芯的剪切变形，以此位移模式进行了有限元分析，给出了形成阻尼矩阵的方法。文中还分析了夹层板的阻尼比ψ与夹芯厚度ｈｃ，夹芯材料的阻尼损耗因子β以及夹芯剪切模量Ｇ之间的关系；算例与实验结果的对比表明：本文提出的计算方法可以给出满意的数值结果。

泡沫铝子弹高速撞击下铝基复合泡沫夹层板的动态响应

应用一级轻气炮驱动泡沫铝弹丸高速撞击加载技术,对实心钢板以及前/后面板为Q235钢板、芯层分别为铝基复合泡沫和普通泡沫铝的夹层板结构,在脉冲载荷作用下的动态力学响应进行实验研究。结果表明:泡沫铝子弹高速撞击靶板可近似模拟爆炸载荷效果;铝基复合泡沫夹层板的变形分为芯层压缩和整体变形两个阶段;与其他靶板相比,铝基复合泡沫夹层板的抗冲击性能最优。基于实验研究,应用LS-DYNA非线性动力有限元软件,对泡沫铝夹层板的动态响应进行数值模拟。结果表明:泡沫铝子弹的长度和初始速度对子弹与夹层板之间的接触作用力影响显著,并且呈线性关系。泡沫芯层强度对等质量及等厚度夹层板的抗冲击性能均有显著影响,夹层板中心挠度对前、后面板的厚度匹配较为敏感,在临界范围内,若背板厚度大于面板厚度,可减小夹层板的最终挠度。夹层板面板宜采用刚度较低、延性好、拉伸破坏应变较大的金属材料。

聚氨酯泡沫复合夹层板抗爆特性分析

聚氨酯泡沫复合夹层板是一种可广泛应用于防护工程中的新结构形式 ,据此对聚氨酯泡沫材料夹层板进行了爆炸荷载下有限元分析 ,并与粘钢混凝土板及混凝土板两种板结构进行了比较 。

湿热环境对损伤分层复合材料夹层板屈曲性能的影响

建立了一个分析含面板内分层损伤的复合材料夹层板屈曲性能的二维弹性基础模型 ,采用 Rayleigh-Ritz法研究了任意的湿热环境对分层的复合材料夹层板屈曲性能的影响。考虑了材料依赖于温度变化的弹性及热、湿性质。

正交加筋复合材料夹层板弯曲问题求解

正交加筋均质芯材基于一阶剪切变形理论,并采用δ函数描述其非连续性,复合材料面板采用Kirchhoff薄板假设,以面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过能量原理推导了正交加筋芯材复合材料夹层板的静力学平衡方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅立叶级数位移函数求解了正交各向异性复合材料面板正交加筋均质芯材夹层板受均布载荷作用的弯曲响应,通过将夹层板的位移和应力响应与有限元计算结果进行对比,验证了文中求解方法的正确性。

基于Zig-Zag变形假定的复合材料夹层板的自由振动

针对复合材料夹层板的实际变形特征,基于ZigZag变形假定和Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板自由振动的有限元模型,在该模型中分别对上、下面板和芯体建立了三个独立坐标系,使三部分的转角独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型;在此基础上推导了相应的刚度阵和质量阵,并采用子空间迭代法求解夹层板的固有频率。通过典型考题证明了本模型的有效性。文中最后还通过参数讨论,研究了具有不同长厚比的复合材料夹层板基频的变化规律。

考虑面板和心体剪切效应的复合材料夹层板稳定性的有限元分析

本文基于“ｚｉｇ － ｚａｇ”模型，推导了复合材料夹层板屈曲分析有限元列式，该模型和列式考虑了面板和心体的横向剪切变形，因而可用来分析复合材料夹层厚板。文中将基于本模型的有限元分析结果与其他文献结果进行了比较，并讨论了单向受压、双向受压和受压剪共同作用时复合材料夹层板的稳定性特征。本文给出的有限元方法和结论。

复合材料蜂窝夹层板刚度分离实验法研究与应用

本文通过理论推导，给出用一个三点弯曲实验就可以同时测定复合材料峰窝夹层板弯曲刚度和剪切刚度这两个重要弹性常数的原理。根据这一原理，得到一个简便、省时、易统计数据而且精度较高的复合材料蜂窝夹层板测试的刚度分离实验方法．

含界面脱粘及表板基体开裂损伤的复合材料夹层板非线性稳定性的研究

本文作者基于“zig- zag”模型和 Mindlin一阶剪切变形板理论 ,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式 ,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征 ,分别提出了分层模型和多标量损伤模型 ,并推导了多标量形式的损伤本构关系。采用修正的 Newton- Raphson迭代格式求解含损复合材料夹层板的非线性稳定性性状。通过算例研究了脱粘面积、基体的损伤演化、表板的铺设方式及载荷形式对复合材料夹层板屈曲性态的影响。本文作者给出的有限元模型和结论 ,对复合材料夹层板结构设计的损伤容限的制定具有一定的参考价值。

舰船复合材料夹层板架结构的分级递进优化设计方法

由于复合材料板架结构具有各向异性、界面复杂及可设计变量众多等特性,因而在开展优化设计时往往困难重重。对此,采用分级递进优化设计方法。以某型舰甲板室舷侧复合材料夹层板架结构为对象,首先根据工程实际并结合复合材料板架结构的设计特点,提取所有可设计变量,并在此基础上分析所有设计变量的灵敏度特征规律;然后,对该夹层板架结构进行两级优化计算与分析;最后,对优化前后的计算结果进行对比分析。研究结果表明,分级递进优化设计方法能有效解决复杂的复合材料板架结构多变量设计问题。

树脂柱对复合材料夹层板屈曲及动力学性能的影响分析

应用有限元软件ANSYS,分析树脂柱对点阵增强型复合材料夹层板力学性能的影响。对夹层板建立物理模型,采用8节点SOLID45实体单元,计算夹层板的屈曲、自由振动以及受冲击荷载时的瞬态动力响应。研究了树脂柱的材性及分布对夹层板屈曲载荷及自振频率的影响,讨论了瞬态冲击荷载作用下树脂柱对降低竖向动力位移的正面作用。结果显示,树脂柱的存在对夹层板的力学性能有一定影响,其中树脂柱的材性对夹层板屈曲及动力学特性的影响有限,而树脂柱的疏密程度对点阵增强型复合材料夹层板的力学性能有着明显的改进作用。

考虑芯层横向变形的粘弹性复合材料夹层板结构的声振特性分析

夹层板结构具有很高的比强度和比刚度。若芯层采用粘弹性阻尼材料,夹层板结构还具有良好的隔振和隔声特性,因此在工程结构中得到广泛应用。以往的夹层板理论大多忽略了芯层的横向正应变和横向正应力,在分析芯层较厚的夹层板或者夹层结构的高频振动问题时由于不能体现芯层的横向压缩变形,往往显得不够合理。针对这一不足,构造了一个复合材料夹层板单元:夹层板的上下面板采用基于一阶剪切变形理论的Mindlin假定以及层合板理论进行分析;采用文献[6,7]中提出的Timoshenko层合厚梁理论构造了单元每边的转角和剪应变场,消除了Mindlin板单元当板厚变小时的剪切锁死问题;假定芯层的位移沿厚度方向线性变化,并用上下面板的自由度表示,最终形成以上下面板自由度表示的系统总的运动方程。该单元不仅考虑了芯层的横向剪切变形,还考虑了芯层的横向压缩变形。数值计算结果表明:无论对于静力问题、动力问题还是声辐射等问题,考虑芯层的横向压缩变形是合理的,也是有必要的。

腹板增强复合材料夹层板低速冲击试验与有限元分析

通过格构腹板增强复合材料泡沫夹层板的低速冲击试验,分析试件破坏形态及峰值撞击力。采用ANSYS/LS-DYNA对夹层板的低速冲击性能进行数值分析及试验验证,并通过有限元方法研究纵向格构腹板间距、横向格构腹板间距、面板厚度及芯材高度对峰值撞击力的影响。结果表明:设置格构腹板能减轻试件破坏程度,提高夹层板抗冲击能力。峰值撞击力会随着纵向格构腹板间距、横向格构腹板间距、芯材高度的减小而增大,而面板厚度对峰值撞击力的影响较小。

竹碎料含水率对无胶竹木复合夹层板性能的影响

以竹碎料为芯层材料,以杨木单板为表板材料制备无胶竹木复合夹层板,研究芯层竹碎料含水率对夹层板各种性能指标的影响规律。结果表明:芯层竹碎料含水率对无胶竹木复合夹层板的内结合强度、表面胶合强度、吸水厚度膨胀率的影响显著,而对静曲强度和弹性模量的影响不显著。综合考虑各种性能指标,确定芯层竹碎料的含水率为18%左右制备的无胶竹木复合夹层板的性能较优,并且达到室内干燥状态下使用的普通刨花板的用板要求。

含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度数值分析

综述了作者在含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度的研究方面所取得的一些近期进展 . ( 1 )基于“Zig-Zag”模型和 Mindlin一阶剪切变形板理论 ,推导了复合材料夹层板线性和非线性屈曲分析的有限元列式 ;( 2 )推导了材料性质与温度有关的复合材料夹层板增量求解形式的有限元列式 ;( 3)针对具有面板和芯体间界面开裂和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征 ,分别提出了分层模型和多标量损伤模型 ,并推导了多标量形式的损伤本构关系 ;( 4)建立了考虑桥联影响的具有表板与芯体开裂损伤的复合材料夹层板屈曲分析有限元列式 ;( 5)以整体 -局部变分原理为基础 ,提出了复合材料夹层板后屈曲分析的有限元分析方法 ,研究了含表板 /芯体开裂损伤的复合材料夹层板的后屈曲路径 .以典型结构为例 ,讨论了表板铺设方向、开裂面积大小。

低速冲击后含损复合材料夹层板剩余强度研究进展

摘 要 综述了受低速冲击后复合材料夹层板的损伤性态研究进展,重点介绍了倍受复合材料工程结构设计师所关注的受损复合材料夹层板的剩余拉/压强度.主要内容为:m复合材料夹层板损伤特征;（2）剩余拉伸强度;（3）剩余压缩强度;闪相关问题的讨论与研究展望.

钢板-泡沫材料复合夹层板抗爆性能试验研究

钢板-聚氨酯泡沫夹层板是一种应用于地下防护结构的新型复合材料。为探讨该种复合材料夹层板在爆炸荷载作用下的性能,确定其破坏形态和特点,对其进行了野外抗爆特性试验研究。结果表明,复合材料夹层板抗爆能力强,吸能特性好,具有抗多次重复爆炸破坏而不丧失使用功能的特点。