不同铺层数量下的纤维角度曲线变化复合材料层合板振动特性研究

相比于传统复合材料纤维直线铺放层合板,纤维角度曲线铺放时可改变层合板的应力分布,提升刚度和承载能力。出于减振的目的,设计制备了不同纤维曲线角度和不同铺层数量的纤维曲线层合板,利用模态试验对比分析了纤维曲线角度和铺层数量对层合板振动特性的影响。结果表明:铺层数量相同时,纤维曲线角度变化为±<60|75>时,层合板的前三阶固有频率达到最优状态;纤维曲线角度变化为±<45|60>时,层合板的阻尼比最大;当纤维曲线角度变化相同时,对比8层、12层、16层三组不同铺层数量对层合板固有频率的影响,铺层数量在8~16层范围内,层合板的前两阶固有频率随铺层数量的增加呈现先增大后减小的趋势。所做工作可以为纤维曲线层合板的振动优化提供参考。

一般边界条件下矩形叠层板面内振动研究

为研究矩形叠层板的面内振动机理,本文基于能量法求解框架,推导了矩形叠层板面内自由振动的能量方程,分别采用勒让德多项式和人工弹簧技术表示结构位移容许函数与边界条件,进而获得一般边界条件下矩形叠层板面内自由振动特性求解方程。通过与有限元和实验结果进行对比,验证了本文求解模型的正确性。在此基础上,对矩形叠层板的面内振动特性展开参数化研究,分析了纤维铺设角和纤维叠层数等设计参数对面内自由振动特性的影响。结果表明:通过本文所建立的数值分析模型所得结果较为可靠准确,各个设计参数对矩形叠层板结构的面内自由振动特性具有不同的影响规律。

基于声辐射模态方法的层合板声辐射特性分析

以复合材料层合板的声辐射为研究对象,基于分层理论建立复合材料层合板有限元模型,获得复合材料层合板的固有振动特性;进一步基于声辐射模态理论,采用振动模态与声辐射模态耦合分析方法,考察铺设角度、铺设方式、铺层数量、边界条件等因素对层合板声辐射特性的影响,分别进行层合板的振声能量转化定性、定量分析。计算分析结果表明(:1)铺层角度对层合板声辐射影响较大,特别是对于单向铺设的情况,在(1,1)模态频率处铺设角度越大辐射效率越高,而在(3,1)模态频率处铺设角度越大辐射效率越低(;2)在单向、对称、反对称3种铺设方式中,单向铺设的声辐射能力最弱,反对称铺设的声辐射能力最强(;3)铺层数量增加、边界约束增强均能提高板的声辐射能力。

海洋漂浮管道弯曲失效有限元分析

海洋漂浮管道受弯曲荷载作用时,可能发生较大弯曲进而导致管道失效,威胁海上油田原油输送安全。针对管道帘线层与螺旋钢丝失效机理不明确的问题,考虑管道弯曲时螺旋钢丝扭转行为,建立漂浮管道三维有限元模型,并通过实例管道验证了数值模型的有效性,进而利用该有限元模型模拟管道弯曲失效过程并分析管道结构参数对最小弯曲半径的影响。结果表明:海洋漂浮管道弯曲失效以螺旋钢丝屈曲为失效模式,未发生帘线强度失效;管道最小弯曲半径随帘线层铺层层数与螺旋钢丝直径的增大而增大,但随帘线纤维缠绕角度的减小而增大。所建立的有限元模型有效模拟了漂浮管道弯曲行为,可为海洋漂浮管道结构设计与安全应用提供理论参考。(图11,表5,参26)