复合材料圆柱壳随机动力学解析建模及分析

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作者 吴洪瑞 高国华 +3 位作者 邵东 梁伟阁 李池 孙宁泽 《兵工学报》 北大核心 2025年第5期213-222,共10页

随着复合材料圆柱壳在导弹发射、潜艇船舶等工程领域中的广泛应用,随机载荷引起的随机振动逐渐成为其动力学设计优化的重要考虑要素。使用1阶剪切壳理论和Hamilton原理构建壳体的运动控制方程,并通过人工虚拟弹簧施加边界条件,结合虚拟... 随着复合材料圆柱壳在导弹发射、潜艇船舶等工程领域中的广泛应用,随机载荷引起的随机振动逐渐成为其动力学设计优化的重要考虑要素。使用1阶剪切壳理论和Hamilton原理构建壳体的运动控制方程,并通过人工虚拟弹簧施加边界条件,结合虚拟激励法与回传射线矩阵法,分离出广义解向量中的非齐次激励方程,推导出基底加速度和随机载荷激励下的统一矩阵列式,以完成对复合材料圆柱壳的随机动力学解析建模及求解。将计算的平稳/非平稳随机响应结果与有限元仿真进行比较,证明新解析模型的有效性。在此基础上,开展了一系列针对功率谱的工程算例,揭示了壳体厚径比、正交各项异性比以及铺层数量对圆柱壳随机振动响应的影响。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 随机载荷 平稳/非平稳随机响应 虚拟激励法 回传射线矩阵法

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复合材料环支撑圆柱壳结构振动特性分析研究

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作者 何东泽 郭克凡 +2 位作者 蔡瑛 黄世军 李伟成 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期173-180,共8页

该文基于一阶剪切变形理论,结合波动法,构建了不同边界条件下环支撑复合材料圆柱壳结构振动特性分析模型。结合波函数形式为位移变量,对位移比例参数、位移矩阵和力参数矩阵进行设置。通过结合边界条件矩阵,对环支撑条件下复合材料圆柱... 该文基于一阶剪切变形理论,结合波动法,构建了不同边界条件下环支撑复合材料圆柱壳结构振动特性分析模型。结合波函数形式为位移变量,对位移比例参数、位移矩阵和力参数矩阵进行设置。通过结合边界条件矩阵,对环支撑条件下复合材料圆柱壳结构的总体控制方程进行推导。通过与现有文献结果进行对比,验证所建立的振动特性分析模型的准确性。开展了相关参数化分析研究,探讨了材料参数、几何参数以及环支撑位置的影响情况。 展开更多

关键词 一阶剪切变形理论 复合材料圆柱壳 环支撑 波动法 振动特性

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引发方式、铺层对纤维增强复合材料圆柱壳吸能特性影响的冲击试验研究 被引量：11

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作者 王璠 何一帆 +1 位作者 宋毅 龙翔云 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期33-40,共8页

对作为吸能元件的纤维增强复合材料圆柱壳的吸能特性进行了试验研究。制备了不同铺层角度和不同引发方式的玻璃纤维/聚酯树脂基圆柱壳,通过对该圆柱壳进行动态试验,探求铺层方式和引发方式对该吸能元件吸能效果的影响,以及该复合材料层... 对作为吸能元件的纤维增强复合材料圆柱壳的吸能特性进行了试验研究。制备了不同铺层角度和不同引发方式的玻璃纤维/聚酯树脂基圆柱壳,通过对该圆柱壳进行动态试验,探求铺层方式和引发方式对该吸能元件吸能效果的影响,以及该复合材料层合壳体压溃过程的破坏机理。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 纤维增强 引发方式 铺层方式 冲击试验

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复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析 被引量：8

4

作者 肖汉林 刘土光 +1 位作者 张涛 余小菲 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2005年第6期4-7,47,共5页

使用能力法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love’s理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,在计算加筋结构应变能和动能时,将加筋结构的作用影响平均在整个壳体区域。然后代入Lagrange方程得... 使用能力法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love’s理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,在计算加筋结构应变能和动能时,将加筋结构的作用影响平均在整个壳体区域。然后代入Lagrange方程得到频率方程。通过比较,计算方法所得到的结果与文献比较吻合。采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小。还研究了壳体和加筋结构参数的变化对圆柱壳自由振动频率的影响。 展开更多

关键词 振动与波 自由振动 复合材料圆柱壳 纵横加筋 能量法

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复合材料层合圆柱壳的振动特性 被引量：8

5

作者 谭安全 刘敬喜 +1 位作者 李天匀 朱翔 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期1035-1040,共6页

文章基于Love壳体理论,对复合材料层合圆柱壳的振动特性进行了研究。通过比较,文中计算方法所得的结果与文献比较吻合。运用该方法,讨论了简支、固支和自由等边界条件,轴向模态和铺层角度对圆柱壳振动特性的影响。分析表明,在低阶周向... 文章基于Love壳体理论,对复合材料层合圆柱壳的振动特性进行了研究。通过比较,文中计算方法所得的结果与文献比较吻合。运用该方法,讨论了简支、固支和自由等边界条件,轴向模态和铺层角度对圆柱壳振动特性的影响。分析表明,在低阶周向模态时,边界条件和轴向模态的影响更大。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 振动 边界条件 周向模态

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复合材料薄壁圆柱壳热振动特性分析 被引量：9

6

作者 刘芹 任建亭 +2 位作者 姜节胜 郭运强 陈换过 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期643-648,共6页

采用有限元软件ANSYS参数设计语言(APDL)实现复合材料薄壁圆柱壳结构在线性分布温度场作用下的非线性热振动特性分析。计算不同约束条件、不同铺层方式和铺层层数的复合材料薄壁圆柱壳在线性温度场作用下的各阶固有频率,分析边界约束、... 采用有限元软件ANSYS参数设计语言(APDL)实现复合材料薄壁圆柱壳结构在线性分布温度场作用下的非线性热振动特性分析。计算不同约束条件、不同铺层方式和铺层层数的复合材料薄壁圆柱壳在线性温度场作用下的各阶固有频率,分析边界约束、铺层角度及铺层层数对结构热振动频率的影响。结果表明,温度效应、边界约束、铺层层数显著影响结构的固有频率,适当的铺层角度会改变结构的固有频率,不同的铺层方式对结构固有频率影响程度不同。这些结论将对复合材料结构设计、抗热设计有一定的指导作用。 展开更多

关键词 复合材料薄壁圆柱壳 热振动 几何非线性

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复合材料层合圆柱壳中振动功率流特性 被引量：4

7

作者 刘敬喜 谭安全 +1 位作者 李天匀 朱翔 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期269-274,共6页

基于Love壳体理论,根据壳体微元应力、应变关系推得壳体中的各内力和力矩,得到了复合材料层合圆柱壳的运动微分方程.对复合材料层合圆柱壳中振动功率流特性进行了研究,在不同周向模态和频率下,对外载荷输入壳体的功率流及其沿壳体的传... 基于Love壳体理论,根据壳体微元应力、应变关系推得壳体中的各内力和力矩,得到了复合材料层合圆柱壳的运动微分方程.对复合材料层合圆柱壳中振动功率流特性进行了研究,在不同周向模态和频率下,对外载荷输入壳体的功率流及其沿壳体的传播情况进行了分析.分析表明,各内力功率流沿壳体传播时相互转化,最后趋于确定值.结合各内力传播的功率流,从能量角度考察了波的传播特点,通过各内力功率流的比例来定量的确定壳体中不同波传播的成份. 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 振动功率流 传播波

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复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析(英文) 被引量：4

8

作者 肖汉林 刘土光 +1 位作者 张涛 余晓菲 《船舶力学》 EI 北大核心 2007年第3期470-478,共9页

使用能量法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love’s理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,然后代入Lagrange方程得到频率方程。通过比较,文中的计算方法所得到的结果与文献比较吻合。采用平... 使用能量法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love’s理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,然后代入Lagrange方程得到频率方程。通过比较,文中的计算方法所得到的结果与文献比较吻合。采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小。最后还研究了壳体和加筋结构参数以及静水压力的变化对圆柱壳自由振动频率的影响。文中利用平均法来处理加筋结构,简化理论推导并减少了计算。 展开更多

关键词 自由振动 复合材料圆柱壳 纵横加筋 静水压力 能量法

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含初始缺陷的加强复合材料圆柱壳的非线性屈曲分析 被引量：6

9

作者 王珂晟 刘国强 朱晓莹 《机械设计与制造》 2004年第2期63-65,共3页

综合考虑几何非线性、材料非线性、横向剪切效应以及初始几何缺陷等因素,对带有加强筋和加强环的复合材料圆柱壳的屈曲问题进行了分析研究。所得数值结果与有关试验值及其它已知解吻合良好,因而可用于实际工程中加强复合材料圆柱壳的设... 综合考虑几何非线性、材料非线性、横向剪切效应以及初始几何缺陷等因素,对带有加强筋和加强环的复合材料圆柱壳的屈曲问题进行了分析研究。所得数值结果与有关试验值及其它已知解吻合良好,因而可用于实际工程中加强复合材料圆柱壳的设计计算,同时表明这里给出的本构关系对于弹塑性屈曲分析是适用的,并提出保证结构完整性、改善结构整体屈曲性能的关键是控制制造加工质量,减少初始缺陷。 展开更多

关键词 加强复合材料圆柱壳 初始缺陷 非线性屈曲 临界载荷 本构关系

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基于遗传算法的复合材料圆柱壳水下声辐射优化 被引量：2

10

作者 张焱冰 任春雨 朱锡 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2014年第4期42-45,共4页

为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的... 为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的最大值为优化目标,进行了优化分析。结果表明:对复合材料圆柱壳的铺层角度进行优化设计可以有效提高其声辐射性能,相比对称铺层方式,优化后的远场辐射声压级在50～300Hz频段内平均降低了3.6dB。该结果验证了优化设计的有效性,为下一步进行大型复杂水下结构的声辐射优化研究提供了一定的思路。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 声辐射 声学优化 遗传算法

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轴向冲击下环向加筋复合材料圆柱壳的非线性动力响应 被引量：1

11

作者 肖汉林 吴英友 +2 位作者 朱显明 刘土光 张涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期84-89,101,共7页

采用半解析的方法,建立离散加筋圆柱壳模型,基于复合材料多层扁壳大挠度的剪切变形理论,利用Ham ilton原理导出环向加筋复合材料圆柱壳的非线性运动控制方程;用Galerk in方法对空间变量进行离散,将位移和载荷展开为双级数,得到有关时间... 采用半解析的方法,建立离散加筋圆柱壳模型,基于复合材料多层扁壳大挠度的剪切变形理论,利用Ham ilton原理导出环向加筋复合材料圆柱壳的非线性运动控制方程;用Galerk in方法对空间变量进行离散,将位移和载荷展开为双级数,得到有关时间的常微分方程组,最后采用R-Kutta方法数值求解.通过算例,讨论了加筋肋骨几何参数、铺层角度、辅层方式、铺层层数等因素对动力响应的影响。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 环向加筋 轴向冲击 非线性动力响应

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复合材料层合圆柱壳的动力响应与层间应力 被引量：4

12

作者 王安稳 李竹影 章向明 《海军工程大学学报》 CAS 2000年第4期1-5,10,共6页

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... 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 . 展开更多

关键词 层合壳 动力响应 层间应力 复合材料层合圆柱壳

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埋入形状记忆合金丝的复合材料圆柱壳壁板的热振动特性分析 被引量：1

13

作者 刘芹 任建亭 +1 位作者 郭运强 姜节胜 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2007年第7期18-21,共4页

采用有限元软件ABAQUS实现了埋入形状记忆合金(SMA)丝的复合材料圆柱壳壁板结构热振动特性分析.基于Liang-Rogers本构模型编写用户子程序(UMAT)模拟形状记忆合金材料的超弹性行为和形状记忆效应,并在不同温度和应力状态下验证了程序的... 采用有限元软件ABAQUS实现了埋入形状记忆合金(SMA)丝的复合材料圆柱壳壁板结构热振动特性分析.基于Liang-Rogers本构模型编写用户子程序(UMAT)模拟形状记忆合金材料的超弹性行为和形状记忆效应,并在不同温度和应力状态下验证了程序的正确性.基于此程序,计算了埋入SMA丝的复合材料圆柱壳壁板在温度和机械载荷作用下的一阶固有频率,分析了其热振动特性和屈曲特性.模拟结果表明:加热驱动SMA丝一般会提高结构的固有频率和屈曲临界,SMA丝的数量对结构的热振动和屈曲特性有显著影响。这些结论将对智能复合材料结构设计、抗热设计有一定的指导作用。 展开更多

关键词 形状记忆合金 复合材料圆柱壳壁板 热振动 屈曲

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复合材料层合圆柱壳中结构振动波的传播特性 被引量：2

14

作者 谭安全 刘敬喜 +1 位作者 李天匀 朱翔 《四川兵工学报》 CAS 2010年第12期76-80,共5页

基于Love壳体理论,对复合材料层合圆柱壳中结构振动波的频散特性进行了计算,得到了相应的频散曲线,揭示了每支波的物理含义,并对传播波、近场波和衰减驻波的性质及其随频率变化的规律进行了分析,研究了铺层数对结构振动波传播特性的影响... 基于Love壳体理论,对复合材料层合圆柱壳中结构振动波的频散特性进行了计算,得到了相应的频散曲线,揭示了每支波的物理含义,并对传播波、近场波和衰减驻波的性质及其随频率变化的规律进行了分析,研究了铺层数对结构振动波传播特性的影响,并与真空中钢壳的振动波进行了比较,得出了一些有价值的结论。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 频散特性 振动波 振动模态

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先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析 被引量：5

15

作者 张志峰 陈浩然 白瑞祥 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期631-635,共5页

基于精细三角形Mindlin板单元构造了用于先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析的三角形复合材料加筋平面壳单元.肋骨和蒙皮采用了相同位移插值形函数,保证两者变形协调性的同时,又放松了肋骨转动的约束.肋骨放置的数量、位置和角度... 基于精细三角形Mindlin板单元构造了用于先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析的三角形复合材料加筋平面壳单元.肋骨和蒙皮采用了相同位移插值形函数,保证两者变形协调性的同时,又放松了肋骨转动的约束.肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网格剖分带来了很大便利.通过算例验证了该协调独立转角加筋板壳单元的有效性,特别是在分析高肋格栅结构时有较高的精度.最后分析了内外加筋形式对等格栅加筋柱壳稳定性的影响. 展开更多

关键词 加筋板壳单元 稳定性分析 复合材料等格栅加筋圆柱壳

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复合材料薄壁圆柱壳内共振的受迫响应

16

作者 王延庆 梁力 +1 位作者 郭星辉 楼玲娜 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期465-469,552,共5页

采用多尺度法分析复合材料悬臂圆柱壳考虑内共振的受迫振动。建立考虑动态弹性模量、阻尼、几何非线性时系统的振动方程;利用Galerkin方法将时间和空间变量进行分离,然后应用多尺度法推导出内共振条件下系统的频率-振幅方程;通过算例获... 采用多尺度法分析复合材料悬臂圆柱壳考虑内共振的受迫振动。建立考虑动态弹性模量、阻尼、几何非线性时系统的振动方程;利用Galerkin方法将时间和空间变量进行分离,然后应用多尺度法推导出内共振条件下系统的频率-振幅方程;通过算例获得了系统参数变化导致复杂非线性振动响应变化的规律。理论分析发现:由于所采用的两个轴向模态相距较近,引起了能量在两个模态之间相互传递,系统存在1:1内共振现象;相比较而言,激振力大小对系统内共振下的复杂振动响应影响比较大,而阻尼的变化对其影响则很小。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 多尺度法 非线性 内共振 动态弹性模量

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复合材料圆柱壳的波动特性研究

17

作者 陈乐昆 刘敬喜 +1 位作者 谭安全 刘元丹 《船海工程》 2011年第6期96-98,102,共4页

基于壳体理论,研究圆柱壳的频散特性以及相速度和群速度特性,利用数值方法求取特征方程的实数、虚数和复数根,分析其物理含义。研究表明,传播波的数量随激励频率的增加而增加,这些传播波的起始频率都是某一支近场波的截止频率。

关键词 复合材料圆柱壳 频散特性 群速度 相速度

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考虑剪切变形的任意铺设复合材料圆柱壳线性力学响应问题的一般解析解

18

作者 张承宗 《船舶力学》 EI 2000年第1期24-35,共12页

本文考虑剪切变形的复合材料圆柱壳结构解析求解新体系一新型复级数体系，以此建立了考虑剪切变形的复合材料圆柱壳结构线性弯曲、振动、稳定问题一般解析解。引入位移函数（Ｕ，Ｖ，Φｘ，Φｙ，Ｗ）＝∑（Ｏ，Ｐ，ＯＸ，ＰＸ，Ｑ）ｅ... 本文考虑剪切变形的复合材料圆柱壳结构解析求解新体系一新型复级数体系，以此建立了考虑剪切变形的复合材料圆柱壳结构线性弯曲、振动、稳定问题一般解析解。引入位移函数（Ｕ，Ｖ，Φｘ，Φｙ，Ｗ）＝∑（Ｏ，Ｐ，ＯＸ，ＰＸ，Ｑ）ｅｘｐ（ｉｍπη）ｅｘｐ（ｉｍπξｒ），代入平衡方程组，推出实数形式级数解。将实数级数解代入控制方程组中任意四个方程可以确定待定系数（Ｏ，Ｐ，ＯＸ，ＰＸ）与待定系数（Ｑ）之间关系式。将级数解代入边界条件，通过傅立叶级数法可建立有关待定系数Ｅ的线性代数方程组。求解所得线性代数方程组可解决弯曲问题，而振动频率、稳定载荷通过寻求使线性代数方程组矩阵行列式值为０的特征值给予确定。数值计算表明本文解可以用来解析分析考虑剪切变形的任意铺设复合材料圆柱壳线性力学响应问题。本文探讨了圆柱壳位移、内力对称性及铺层对称性，同时在数值计算的基础上分析了铺设角、铺层敏感性分析。 展开更多

关键词 复合材料圆柱壳 线性力学响应 剪切变形 船舶

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反对称铺设复合材料圆柱壳双稳态特性的温度影响理论模型与数值分析 被引量：3

19

作者 张焕青 柴国钟 +1 位作者 张征 吴化平 《机电工程》 CAS 北大核心 2018年第12期1273-1278,1309,共7页

针对反对称铺设复合材料双稳态圆柱壳在高温环境下容易形变的问题,为了得到受热影响较小的反对称铺设双稳态圆柱壳,分别对Carbon/Epoxy,Carbon/PMR15和T300/5028 Graphite-Epoxy这3种不同材料制备的反对称铺设复合材料圆柱壳在恒温场、... 针对反对称铺设复合材料双稳态圆柱壳在高温环境下容易形变的问题,为了得到受热影响较小的反对称铺设双稳态圆柱壳,分别对Carbon/Epoxy,Carbon/PMR15和T300/5028 Graphite-Epoxy这3种不同材料制备的反对称铺设复合材料圆柱壳在恒温场、均匀温度场和温度梯度场作用下的双稳态特性展开了研究。根据经典层合板理论与最小势能原理建立了对应理论模型,并使用有限元方法对双稳态圆柱壳在这3种不同温度场下的扭曲率kxy、第二稳态主曲率kx2和突变载荷F的变化进行了预测。研究结果表明:这3种温度场对第二稳态主曲率kx2皆有明显的影响,此外均匀温度场对扭曲率kxy的影响更加显著; Carbon/Epoxy和Carbon/PMR15圆柱壳在温度场作用下的扭曲率kxy变化趋势相近,而T300/5028 Graphite-Epoxy的变化却与前两种材料相反,并且其第二稳态主曲率kx2和突变载荷F都更大。 展开更多

关键词 反对称铺设复合材料圆柱壳 温度场 CARBON/EPOXY Carbon/PMR15 T300/5028Graphite-Epoxy

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夹芯复合材料圆柱壳在静水压力下的承载能力试验 被引量：4

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作者 朱子旭 李永清 +1 位作者 朱锡 朱礼宝 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2019年第3期95-101,共7页

为研究极限复合材料圆柱壳在静水压力下的损伤现象和机理,首先基于钢制耐压壳比重大以及声学和磁学性能差的缺点,提出了使用夹芯复合材料圆柱壳作为潜水器耐压壳的新型结构形式;然后,采用试验研究,比较了两种模量芯材的夹芯复合材料圆... 为研究极限复合材料圆柱壳在静水压力下的损伤现象和机理,首先基于钢制耐压壳比重大以及声学和磁学性能差的缺点,提出了使用夹芯复合材料圆柱壳作为潜水器耐压壳的新型结构形式;然后,采用试验研究,比较了两种模量芯材的夹芯复合材料圆柱壳结构在静水压力下的承载能力;最后,根据两种壳体的特点,设计了两种不同的试验方案进行试验,得到了壳体的失效载荷,并通过应变片测定了壳体复合材料表层上相应测点在试验过程中的应变数据。得到以下结果:HW-S01壳体受到屈曲效应的破坏,而HW-055壳体由于局部复合材料应力过载而失效;HW-S01壳体的试验失效荷载为1.34MPa,HW-055壳体的失效载荷为11.2MPa。试验结果表明:该夹芯复合材料圆柱壳有能力承受超过1000m水深的静水压力,可以对大潜深潜水器全复合材料耐压壳的设计研究提供参考。 展开更多

关键词 夹芯复合材料圆柱壳 静水压力 压力筒试验

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