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复合材料层合板壳结构分析理论研究进展
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作者 宋肖肖 李顶河 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期973-998,共26页
复合材料已经广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源等众多工程领域,成为现代轻质高性能结构设计的核心材料,但其独特的复杂性给传统分析理论带来了前所未有的挑战。为了进一步发挥复合材料结构的优势,迫切需要发展先进的力学分析方法... 复合材料已经广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源等众多工程领域,成为现代轻质高性能结构设计的核心材料,但其独特的复杂性给传统分析理论带来了前所未有的挑战。为了进一步发挥复合材料结构的优势,迫切需要发展先进的力学分析方法。系统梳理复合材料层合板壳结构分析理论的研究现状,重点介绍和评述几类代表性的分析理论,包括剪切变形理论、逐层理论、扩展逐层理论、状态空间理论以及多尺度分析方法,分析其在克服复合材料结构复杂性方面的作用和局限性。同时,系统总结了加筋和夹芯复合材料结构的建模方法研究进展。在此基础上,凝练了复合材料层合板壳力学在非线性、多尺度、多物理场耦合等方面面临的关键科学问题,并对今后的重点发展方向进行了展望。研究表明,发展三维精确化逐层理论、融合数据驱动计算力学与层合理论、构建跨尺度多物理场分析方法等将是未来复合材料层合板壳力学的研究热点,多种理论方法的融合与创新将是攻克复杂问题的有效途径。 展开更多
关键词 复合材料 层合板壳 剪切变形理论 逐层理论 状态空间理论 多尺度分析 加筋结构 夹芯结构
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复合材料层合板壳非线性力学的研究进展 被引量:26
2
作者 刘人怀 薛江红 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期487-506,共20页
复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、... 复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、分层裂纹偏转、多分层以及分层传播等多种模式.各国学者基于不同的考虑,提出了多种方法研究复合材料层合板壳的失效.首先,在简要介绍了层合板壳线性力学基本理论的基础上,重点回顾了层合板壳结构非线性力学几种基本理论发展的过程,主要阐述了经典大挠度非线性理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、锯齿理论、广义分层理论的理论体系及基本公式,并对几种理论之间的联系和差异进行了总结;其次,介绍了当前层合结构非线性领域的研究进展,综述了典型复合材料板壳结构的失效机理及优化设计、复合材料板壳结构在复杂环境下的破坏机理、复合材料板壳结构的物理非线性、含脱层纤维增强复合材料板壳结构的破坏机理等各研究热点的最新研究成果;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望. 展开更多
关键词 复合材料 层合板壳 非线性力学
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板锥网壳结构复合材料层合板的屈曲分析 被引量:5
3
作者 王星 王凡 蔡思远 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 2009年第4期6-10,共5页
板锥网壳结构是一种受力性能合理,技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文结合复合材料力学理论和复合材料结构力学(板壳理论),采用组合结构有限元对复合材料层合板自身的局部稳定性和主要影响因素进行全面和深入的研究,研究复合材... 板锥网壳结构是一种受力性能合理,技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文结合复合材料力学理论和复合材料结构力学(板壳理论),采用组合结构有限元对复合材料层合板自身的局部稳定性和主要影响因素进行全面和深入的研究,研究复合材料板锥网壳结构的受力性能,为复合材料板锥网壳结构设计和层合板铺层设计提供理论上的依据,得出了可应用于工程实践的重要结论。 展开更多
关键词 板锥网壳结构 复合材料层合板 屈曲分析 板壳理论
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爆炸冲击下复合材料层合扁球壳的动力屈曲 被引量:6
4
作者 徐加初 杨增涛 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期116-120,共5页
研究计及横向剪切的复合材料层合扁球壳在爆炸冲击载荷作用下的非线性轴对称动力屈曲问题。通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入R.H.Cole理论的爆炸冲击力,得到爆炸冲击下复合材料层合扁球壳的... 研究计及横向剪切的复合材料层合扁球壳在爆炸冲击载荷作用下的非线性轴对称动力屈曲问题。通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入R.H.Cole理论的爆炸冲击力,得到爆炸冲击下复合材料层合扁球壳的动力控制方程,应用Galerkin方法得到用顶点挠度表达的爆炸冲击动力响应方程,并采用Runge-Kutta方法进行数值求解,采用Budiansky-Roth准则确定冲击屈曲的临界载荷,讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响;数值算例表明,此方法是可行的。 展开更多
关键词 固体力学 冲击屈曲 Budiansky-Roth准则 复合材料层合扁球壳
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板锥网壳结构复合材料层合板的强度分析 被引量:2
5
作者 王凡 王星 蔡思远 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 2010年第5期16-19,共4页
板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文结合复合材料力学理论和复合材料结构力学(板壳理论),采用组合结构有限元对复合材料层合板自身的强度和主要影响因素进行全面和深入的研究,研究复合材料板锥... 板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文结合复合材料力学理论和复合材料结构力学(板壳理论),采用组合结构有限元对复合材料层合板自身的强度和主要影响因素进行全面和深入的研究,研究复合材料板锥网壳结构的受力性能,为复合材料板锥网壳结构设计和层合板铺层设计提供理论上的依据,得出了可应用于工程实践的重要结论。 展开更多
关键词 板锥网壳结构 复合材料层合板 强度分析 板壳理论
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复合材料多层板壳大挠度非线性问题的迭代解法 被引量:6
6
作者 尹邦信 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1999年第7期721-728,共8页
在王震鸣等人提出的各向异性多层扁壳的大挠度方程的基础上,提出了复合材料多层板壳大挠度非线性问题的迭代解法·分析了四边简支的复合材料多层矩形扁壳,与小挠度线性理论解析解及有限元非线性解进行了对比·结果表明,载荷... 在王震鸣等人提出的各向异性多层扁壳的大挠度方程的基础上,提出了复合材料多层板壳大挠度非线性问题的迭代解法·分析了四边简支的复合材料多层矩形扁壳,与小挠度线性理论解析解及有限元非线性解进行了对比·结果表明,载荷较小并发生小挠度时,所得的大挠度解和小挠度解析解非常接近,载荷较大时,所得解和有限元非线性解非常接近· 展开更多
关键词 复合材料 多层板壳 大挠度 迭代法 非线性问题
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复合材料层合开顶扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲 被引量:2
7
作者 徐加初 杨增涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2007年第1期1-3,7,共4页
研究了具有刚性中心的复合材料层合开顶扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题。通过增加横向转动惯量项得到中心集中冲击下复合材料层合开顶扁球壳非线性稳定性的控制方程,采用Galerk in方法得到以刚性中心位移表达的冲... 研究了具有刚性中心的复合材料层合开顶扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题。通过增加横向转动惯量项得到中心集中冲击下复合材料层合开顶扁球壳非线性稳定性的控制方程,采用Galerk in方法得到以刚性中心位移表达的冲击动力响应方程,并用Runge-Kutta方法进行数值求解,应用Bud iansky-Roth准则(简称B-R准则)确定冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合开顶扁球壳冲击屈曲的影响。 展开更多
关键词 复合材料层合开顶扁球壳 动力屈曲 矩形脉冲 Budiansky—Roth准则 GALERKIN方法
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复合材料层合扁锥壳的冲击屈曲 被引量:1
8
作者 杨增涛 徐加初 王璠 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第1期19-23,共5页
研究了计及横向剪切的对称铺设正交异性复合材料层合扁锥壳在三角脉冲载荷作用下的非线性动力屈曲问题;通过在复合材料层合扁锥壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入三角脉冲冲击力,得到了层合扁锥壳的冲击控制方程,采用... 研究了计及横向剪切的对称铺设正交异性复合材料层合扁锥壳在三角脉冲载荷作用下的非线性动力屈曲问题;通过在复合材料层合扁锥壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入三角脉冲冲击力,得到了层合扁锥壳的冲击控制方程,采用Galerkin方法得到以顶点挠度表达的冲击响应方程,并用R unge-K u tta方法进行数值求解,应用B-R准则确定冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何参数、物理参数和边界条件对复合材料层合扁锥壳冲击屈曲的影响。 展开更多
关键词 复合材料层合扁锥壳 冲击屈曲 三角脉冲 Budiansky—Roth准则 GALERKIN方法
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考虑剪切变形的复合材料多层板壳加权残数解 被引量:2
9
作者 尹邦信 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1990年第3期114-120,152,共7页
本文在文献[1]的基础上,将加权残数法用于复合材料多层板壳分析,并推导出相应的关系式。文中给出了算例,并与解析解进行了比较,结果表明,本文方法精度较高,用于复合材料多层板壳分析是有效的。
关键词 复合材料 加权残数
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层合板壳问题的哈密顿体系与哈密顿型广义变分原理 被引量:5
10
作者 邹贵平 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1996年第2期119-128,共10页
本文将哈密顿体系的理论与方法引入到层合板壳问题之中,建立了一种统一的哈密顿型广义变分原理,并由此给出了层合板静力及弹塑性分析的哈密顿正则方程和边界条件,且通过变换相变量。
关键词 层合板壳 哈密顿型 广义变分原理 哈密顿体系
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基于光滑策略的复合材料车身结构动力特性分析 被引量:2
11
作者 徐峰祥 张锁 武昆迎 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期125-130,139,共7页
复合材料在汽车车身轻量化结构设计中的应用受到了越来越多的关注,为了进一步改善和提高车身复合材料零部件结构动力特性分析中的数值精度等工程问题,本研究采用光滑策略重新构造层合三角形壳元并将其应用于车身复合材料零部件的动力特... 复合材料在汽车车身轻量化结构设计中的应用受到了越来越多的关注,为了进一步改善和提高车身复合材料零部件结构动力特性分析中的数值精度等工程问题,本研究采用光滑策略重新构造层合三角形壳元并将其应用于车身复合材料零部件的动力特性分析中.该构造策略通过离散剪切间隙来消除剪切自锁,采用梯度光滑策略来合理调整车身复合材料结构的系统刚度矩阵,有效避免了过硬现象.通过光滑策略所构造的层合壳元分析了车身复合材料构件的动力特性,并与有限元商业软件计算结果进行了精度对比.研究结果表明,无论复合材料各层之间是正交或斜交情况,本研究所实施的光滑策略都能使车身复合材料零部件的模态计算结果精度得到一定的提高. 展开更多
关键词 光滑策略 层合板壳 车身结构 复合材料 动力特性
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复合材料多层板壳自振频率受迫振动及临界载荷的加权残数解 被引量:1
12
作者 尹邦信 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1996年第4期151-156,共6页
本文在文献[1]的基础上,将加权残数法用于求解复合材料多层板壳的自振频率、受迫振动及临界载荷,导出了相应的关系式。文中给出了算例并与解析解进行了对比。结果表明,本文方法简便。
关键词 复合材料 板壳 多层板壳 自振频率 受迫振动
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复合材料层合结构层向理论及应用进展
13
作者 沈海军 李伟 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期1-14,共14页
层向理论是由Reddy提出来的一种用于精确分析复合材料层合结构的三维板壳分析理论。由于不引入任何的变形和应力假设条件,因此相较于传统的等效单层板理论,层向理论在分析大厚度复合材料层合板壳结构的静动态响应及其局部层间效应时具... 层向理论是由Reddy提出来的一种用于精确分析复合材料层合结构的三维板壳分析理论。由于不引入任何的变形和应力假设条件,因此相较于传统的等效单层板理论,层向理论在分析大厚度复合材料层合板壳结构的静动态响应及其局部层间效应时具有较大的优势。系统地综述了层向理论近年来的研究进展、数值解法及其应用情况。具体包括:层向理论的基本原理及发展现状、基于层向理论的有限元方法及改进模型、层向理论在复合材料层合结构静动态响应及含损伤问题领域的应用等。并对该理论可进一步拓展的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 复合材料 板壳 层合结构 层向理论
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复合材料层合扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲
14
作者 杨增涛 徐加初 《暨南大学学报(自然科学与医学版)》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期406-411,共6页
研究了复合材料层合扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题;通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入的中心集中冲击载荷,采用Galerk in方法得到以顶点位移表达的冲击动力响应方程,并... 研究了复合材料层合扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题;通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入的中心集中冲击载荷,采用Galerk in方法得到以顶点位移表达的冲击动力响应方程,并用Runge-Kutta方法进行数值求解,得到了不同载荷幅值下的位移响应曲线,应用Bud iansky-Roth准则(简称B-R准则)确定了冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响;数值算例表明,该方法是可行的. 展开更多
关键词 复合材料层合扁球壳 动力屈曲 矩形脉冲 Budiansky-Roth准则 GALERKIN方法
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双模数复合材料层合板壳研究
15
作者 张根全 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 1999年第5期469-471,共3页
介绍了双模数材料的材料模型及双模数复合材料层合板壳的分析方法.简要回顾了作者在这一领域的工作.
关键词 双模数材料 复合材料 层合板壳 工程材料 拉伸
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碳/环氧层合板壳内部缺陷影响的实验分析
16
作者 沈观林 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 1996年第3期14-16,共3页
对预制各种内部缺陷的碳/环氧复合材料层合板和圆柱壳受力后应变分布的影响进行了实验研究。应变电测实验结果表明,层合板拉伸试件中脱胶层引起应变增大;预制多种缺陷的圆柱壳受内压时周向应变在纤维断裂区增大最多,脱层区应变增大... 对预制各种内部缺陷的碳/环氧复合材料层合板和圆柱壳受力后应变分布的影响进行了实验研究。应变电测实验结果表明,层合板拉伸试件中脱胶层引起应变增大;预制多种缺陷的圆柱壳受内压时周向应变在纤维断裂区增大最多,脱层区应变增大较多,其他缺陷区影响很小。本研究对复合材料结构设计和制造工艺有重要应用价值。 展开更多
关键词 复合材料 层合板壳 应变电测 缺陷
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舰船加筋复合材料层合板的导纳分析 被引量:1
17
作者 郎彦 洪明 《中国舰船研究》 2007年第4期1-6,共6页
应用有限元法对加筋复合材料层合板结构进行固有振动特性和导纳特性分析。基于一阶剪切理论的复合材料层合板理论,采用4节点M ind lin壳单元进行结构离散,通过动力学原理建立结构动力学有限元方程,并编制出相应的计算机程序。针对双向... 应用有限元法对加筋复合材料层合板结构进行固有振动特性和导纳特性分析。基于一阶剪切理论的复合材料层合板理论,采用4节点M ind lin壳单元进行结构离散,通过动力学原理建立结构动力学有限元方程,并编制出相应的计算机程序。针对双向加筋复合材料结构进行分析,讨论不同结构模态阻尼系数、不同激励位置、不同边界条件和加筋的疏密程度对结构原点导纳及跨点导纳的影响。依据计算结果,可以进一步研究舰船复杂结构振动能量的传递和隔振效果,为追求最佳振动和声学设计提供分析方法。 展开更多
关键词 复合材料层合板 一阶剪切理论 Mindlin壳单元 原点/跨点导纳
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考虑剪切效应的复合材料层合板阻尼特性研究
18
作者 王文博 漆文凯 沈承 《航空发动机》 北大核心 2018年第3期60-64,共5页
为了对复合材料结构设计模型进行优化,基于Hencky假设,考虑剪切应力的影响,建立了复合材料层合板的有限元分析模型,在微观力学角度上改进3相桥联模型,预测能量损耗因子,获得目标复合材料层合板的固有频率、振型以及比阻尼容量等振动相... 为了对复合材料结构设计模型进行优化,基于Hencky假设,考虑剪切应力的影响,建立了复合材料层合板的有限元分析模型,在微观力学角度上改进3相桥联模型,预测能量损耗因子,获得目标复合材料层合板的固有频率、振型以及比阻尼容量等振动相关参数。以碳纤维材料层合板为例,将计算结果与现有文献结果进行对比,验证了改进模型的正确性。矩形层合板具体分析结果表明:复合材料层合板在一端固支下,无论是长度还是宽度的变化,对第1阶固有频率的影响都很微弱;第4、5阶固有频率表现出趋于同频现象,振型也会产生类似变化趋势;在长度和宽度变化下,第6阶模态结果则表现出相反的对数变化轨迹。 展开更多
关键词 Hencky板/壳理论 复合材料层合板 有限元 比阻尼容量
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基于板壳理论的纤维缠绕壳体结构设计分析 被引量:4
19
作者 祖磊 牟星 +5 位作者 张骞 范文俊 吴世俊 吴乔国 张桂明 耿洪波 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2022年第12期5-16,共12页
基于柱壳和拉普拉斯薄膜理论的筒身和封头应力场计算会导致赤道圆处径向位移不协调,出现理论上的结构分离现象,与结构整体承载过程中实际变形不符。针对纤维缠绕复合材料壳体封头变角度、变厚度、变曲率现象导致应力分析困难问题,以该... 基于柱壳和拉普拉斯薄膜理论的筒身和封头应力场计算会导致赤道圆处径向位移不协调,出现理论上的结构分离现象,与结构整体承载过程中实际变形不符。针对纤维缠绕复合材料壳体封头变角度、变厚度、变曲率现象导致应力分析困难问题,以该变形不协调为切入点,开展纤维缠绕复合材料封头复杂应力场有矩理论分析,综合考虑赤道圆处存在的几何突变和材料刚度突变结构因素,并等效处理金属接头端面内压载荷为该接触部分复材的等效内压载荷,得到等效后的径向薄膜位移作为控制方程极孔边界条件,构建了基于板壳理论和宏观层合板理论的纤维缠绕复合材料壳体一体化有矩模型,基于该模型探究了极孔附近胀口现象形成机理。进行了?150干法缠绕标准试验壳体打压实验,该理论方法计算结果与实验测试结果对比表明,该方法具有较高的计算精度,结合该理论计算结果,从结构、材料刚度突变方面探究了纤维缠绕壳体封头力学响应复杂的内部机理,以及不同缠绕方案下壳体应力的变化规律。该研究成果可以为纤维缠绕复合材料壳体结构设计提供理论支撑,对设计之初快速了解壳体整体应变状态具有重要意义。 展开更多
关键词 复合材料壳体 纤维缠绕 层合板 板壳理论 封头应力分析
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差分格式的人工粘性和动力屈曲准则对复合材料层合扁球壳非线性动力屈曲的影响
20
作者 张艳平 杨宜谦 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 2000年第4期6-8,共3页
本文研究了差分格式的人工粘性和动力屈曲准则对复合材料层合扁球壳非线性动力屈曲的影响
关键词 复合材料 层合扁球壳 非线性 动力曲线 差分格式
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