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反对称铺设复合材料层合板非线性后屈曲分析
1
作者 张雅倩 刘轶轩 +2 位作者 吴泳芙 金福松 薛江红 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期778-787,共10页
基于层合板壳理论,考虑反对称铺设层合板的拉弯耦合效应和后屈曲过程中的非线性几何变形,推导了由应力函数和挠度表示的复合材料层合板的后屈曲控制方程。引入无量纲参数对控制方程和边界条件进行无量纲化,以消除材料参数及几何尺寸对... 基于层合板壳理论,考虑反对称铺设层合板的拉弯耦合效应和后屈曲过程中的非线性几何变形,推导了由应力函数和挠度表示的复合材料层合板的后屈曲控制方程。引入无量纲参数对控制方程和边界条件进行无量纲化,以消除材料参数及几何尺寸对分析结果的影响。采用摄动法将无量纲的非线性控制方程及边界条件展开成一系列非齐次线性摄动方程组,分析各阶摄动方程的通解与特解的构造,并逐次求解,建立了反对称铺设复合材料层合板受单向均布压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。进而运用ABAQUS软件对复合材料层合板在面内压缩载荷作用下的屈曲和后屈曲进行有限元分析,结果表明理论解与ABAQUS结果十分接近,验证了理论解的正确性。在此基础上进一步讨论了铺设角度、铺设层数和拉弯耦合效应等对层合板后屈曲性能的影响。研究发现层合板的屈曲载荷受铺设角度与层数的影响较为显著,而拉弯耦合效应使板的屈后强度大大降低。 展开更多
关键词 复合材料层合板 后屈曲 摄动法 有限元分析
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含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析 被引量：4
2
作者 李萍 金福松 +3 位作者 简方 夏飞 薛江红 熊颖 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期230-240,共11页
采用四分区模型,将含脱层单向铺设复合材料层合板梁分为4个子梁,根据复合材料层合理论,考虑后屈曲路径上位于脱层界面上、下子梁之间的局部受力与变形机制,建立了子梁之间接触力与变形之间的非线性定量关系。在此基础上,结合可伸长梁的... 采用四分区模型,将含脱层单向铺设复合材料层合板梁分为4个子梁,根据复合材料层合理论,考虑后屈曲路径上位于脱层界面上、下子梁之间的局部受力与变形机制,建立了子梁之间接触力与变形之间的非线性定量关系。在此基础上,结合可伸长梁的几何非线性理论,推导出了计及接触效应的各子梁的非线性后屈曲控制方程。设定简支板梁的边界条件以及脱层前沿处各子梁之间力和位移的连续性条件,通过对控制方程和定解条件归一化,采用小参数摄动法求解,并根据梁的平衡微分方程的特点,解析其通解与特解的构造,获得了含脱层单向铺设层合梁受轴向压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。通过对含脱层单向铺设的复合材料层合梁进行数值分析,综合讨论了脱层长度和深度等对层合板梁的临界屈曲载荷及接触性能的影响,并将所得的理论解与ABAQUS有限元分析得到的结果进行对比,结果表明二者高度吻合。研究发现梁的屈曲模态包含宏观的整体失效模态和界面的微观屈曲模态。梁的屈曲荷载和接触性能都是其固有属性,前者受梁的几何参数和材料参数的影响较显著,而后者则主要受脱层的位置和大小影响。 展开更多
关键词 接触效应 后屈曲 层合梁 摄动法 脱层
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加筋复合材料层合板的自由振动特性与优化 被引量：2
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作者 梁浩锋 夏飞 +2 位作者 金福松 石陈玉 薛江红 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第18期190-196,共7页
该研究运用层合板理论对纵横双向加筋复合材料层合板的自由振动问题进行了理论研究。基于Kirchhoff-Love假设和复合材料结构力学,推导了层合板的本构方程,运用热力学第二定律和瑞利-里兹法建立了四边简支加筋层合板自由振动固有频率的... 该研究运用层合板理论对纵横双向加筋复合材料层合板的自由振动问题进行了理论研究。基于Kirchhoff-Love假设和复合材料结构力学,推导了层合板的本构方程,运用热力学第二定律和瑞利-里兹法建立了四边简支加筋层合板自由振动固有频率的特征方程。通过编写MATLAB软件程序,分析了加筋数目和加筋横截面几何参数的改变对加筋层合板固有频率的影响,所得的理论解与ABAQUS软件有限元结果非常吻合,验证了理论解的正确性。根据参数分析所得的结果,提出了层合板加强筋的优化方案。该研究方法避免了求解平衡微分方程时必须考虑的各个加强筋与层合板之间的耦合作用,大大简化了繁琐的推导过程,节省了计算量,更为主要的是,该方法可以准确地分析当层合板被由不同材料制作、具有不同横截面几何形状、不等间距排放的加强筋增强后的自由振动特性,为航空航天先进复合材料的结构设计和力学分析提供有力的技术支持。 展开更多
关键词 层合结构 加强结构 自由振动 能量法 板壳理论
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含脱层层合板分叉屈曲的宏微观失效机制分析 被引量：2
4
作者 夏飞 李萍 +2 位作者 金福松 熊颖 薛江红 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期28-35,251,共9页
根据板壳理论并考虑层合板脱层处的接触效应影响,推导了层合板的控制方程,借助量纲归一化分析建立了该问题的八次特征方程。通过对特征方程各参数进行定性分析,建立了求解八次方程根的解析表达式,发现了层合板的宏微观变形模态。利用MAT... 根据板壳理论并考虑层合板脱层处的接触效应影响,推导了层合板的控制方程,借助量纲归一化分析建立了该问题的八次特征方程。通过对特征方程各参数进行定性分析,建立了求解八次方程根的解析表达式,发现了层合板的宏微观变形模态。利用MATLAB软件进行算例分析,获得了在不同脱层情况下层合板的屈曲模态参数和临界屈曲荷载。研究表明:层合板的屈曲模态包含整体一致的宏观变形和界面处的微观变形。研究结果与ABAQUS的有限元解进行了对比,结果表明:理论解与有限元分析的结果非常一致。论文从理论分析的角度研究了复合材料矩形层合板的屈曲问题,从理论上剖析了分层层合板的宏微观失效模态。 展开更多
关键词 矩形层合板 宏微观失效 特征方程 分叉屈曲 分层
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基于偶应力理论微纳米Mindlin板的尺度效应分析 被引量：1
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作者 薛江红 何赞航 +3 位作者 夏飞 李泽嵘 金福松 杨鹏 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2022年第7期740-751,共12页
基于偶应力理论,建立了适用于微纳米结构的Mindlin板理论.考虑横向剪切变形和材料的尺度效应并引入长度尺寸参数,推导了各向同性微纳米Mindlin板的本构方程.根据板的平衡条件,进一步推导出用位移函数和转角函数表示的板的屈曲和振动控... 基于偶应力理论,建立了适用于微纳米结构的Mindlin板理论.考虑横向剪切变形和材料的尺度效应并引入长度尺寸参数,推导了各向同性微纳米Mindlin板的本构方程.根据板的平衡条件,进一步推导出用位移函数和转角函数表示的板的屈曲和振动控制方程.通过对位移和转角变量进行空间和时间域上的分离,得出了四边简支(SSSS)和对边简支、对边固支(SCSC)两种边界情况下微纳米板的屈曲和振动问题的解析解.然后利用MATLAB软件进行算例分析,获得了不同尺寸参数、长宽比、厚长比等情况下板的临界屈曲荷载和固有频率.研究结果与已有文献中的结果以及ABAQUS有限元仿真解进行对比,结果表明,不同参数下的三种方法得到的结果均十分接近.算例分析发现,尺度效应对屈曲载荷和固有频率都有显著影响. 展开更多
关键词 偶应力 尺度效应 MINDLIN板理论 屈曲 振动
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湿热环境中含脱层复合材料层合板的界面裂纹扩展 被引量：1
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作者 夏飞 薛江红 +1 位作者 何赞航 金福松 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期2460-2472,共13页
处于恶劣湿热环境中的复合材料层合结构,受湿热残余应变和残余应力的作用,易产生局部屈曲和分层扩展。考虑湿热效应和脱层间接触效应的影响,对含脱层复合材料中厚板的非线性屈曲和界面裂纹扩展行为进行了理论分析。基于可动边界变分原理... 处于恶劣湿热环境中的复合材料层合结构,受湿热残余应变和残余应力的作用,易产生局部屈曲和分层扩展。考虑湿热效应和脱层间接触效应的影响,对含脱层复合材料中厚板的非线性屈曲和界面裂纹扩展行为进行了理论分析。基于可动边界变分原理,建立层合板在湿-热-力载荷作用下的总势能,并推导出非线性后屈曲控制方程和脱层扩展能量释放率。应用摄动法和Galerkin法求解控制方程,获得以面内压缩载荷-挠度曲线为特征的含脱层复合材料层合板的后屈曲路径。根据求得的后屈曲解及Griffith断裂准则,确定脱层扩展临界压力的理论解。通过开发MATLAB程序,综合讨论了脱层尺寸、湿热环境对脱层复合材料层合板屈曲和扩展载荷的影响。研究结果与ABAQUS有限元解和经典理论解进行比较,验证了理论分析的有效性。结果表明:湿热环境会显著降低脱层复合材料层合板的屈曲载荷和扩展载荷。此外,忽略复合材料层合板的横向剪切应变将导致对层合板承载能力的高估。 展开更多
关键词 一阶剪切变形理论 湿热环境 能量释放率 非线性后屈曲 脱层
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考虑多尺度界面力学特性的损伤复合材料层合板分岔屈曲性能的等代化 被引量：2
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作者 金福松 薛江红 +2 位作者 夏飞 李萍 熊颖 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1132-1142,共11页
提出了一种等效理论来分析含损伤碳纤维增强树脂T300/QY8911复合材料层合板的分层屈曲。针对含贯穿脱层层合板产生面外弯曲后的受力特点,引入损伤界面的接触效应,根据精确模型所给出的多尺度变形失效机制,提出了一个基于刚度等效理论来... 提出了一种等效理论来分析含损伤碳纤维增强树脂T300/QY8911复合材料层合板的分层屈曲。针对含贯穿脱层层合板产生面外弯曲后的受力特点,引入损伤界面的接触效应,根据精确模型所给出的多尺度变形失效机制,提出了一个基于刚度等效理论来分析损伤层合板结构失效的力学性能。通过将含脱层的区域等效成一个几何形状和铺设方式完全一致,但刚度相应折减的完善子板,运用三分区模型,根据板壳理论、复合材料力学等基本原理建立各子板的屈曲控制方程,同时结合边界条件和连续性条件求解。算例分析表明,本文所得的屈曲荷载与考虑接触效应精确模型所得的解析解及ABAQUS有限元结果高度吻合。该研究方法充分考虑了脱层带来的刚度降低以及由于分层界面处非线性抗穿透约束的影响,不仅大大简化了繁琐的推导过程和节省了计算量,而且揭示了深层次的力学机制,更为主要的是,该方法可以有效推广到含多分层损伤层合板的非线性力学性能的评估,为航空航天先进复合材料的结构设计和力学分析提供有力的技术支持。 展开更多
关键词 刚度等效 层合板 脱层 多尺度分析 接触效应
原文传递
多脱层复合材料层合板的固有频率计算 被引量：1
8
作者 薛江红 姚思诗 +2 位作者 金福松 夏飞 何赞航 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期92-101,共10页
为了分析脱层界面的接触对含脱层复合材料层合板的影响,采用考虑了脱层界面接触效应的四分区精确模型,对含单一贯穿脱层层合板的自由振动进行研究,通过对精确模型的结果进行分析,采用基于刚度等效的等代化模型,将脱层区等效成一个尺寸... 为了分析脱层界面的接触对含脱层复合材料层合板的影响,采用考虑了脱层界面接触效应的四分区精确模型,对含单一贯穿脱层层合板的自由振动进行研究,通过对精确模型的结果进行分析,采用基于刚度等效的等代化模型,将脱层区等效成一个尺寸相同、铺设方式相同,但刚度折减的无脱层完善子板。然后进行算例分析,对等代化模型、精确模型和有限元模型给出的固有频率进行比较,证明了等代化模型的正确性。在此基础上,运用等代化理论和有限元模型对含多个贯穿宽度方向脱层的复合材料层合板的自由振动问题进行研究,通过参数分析发现:对于含有多个水平脱层的层合板,脱层总长度越大,层合板的固有频率越小;对于含有多个竖直向脱层复合材料层合板,脱层沿厚度均匀分布层合板的固有频率最小;一般来说,脱层数目越多,层合板的固有频率越小,但层合板的固有频率同时受脱层间相对深度的影响。研究结果表明,基于等代化理论给出的多脱层层合板的固有频率与ABAQUS有限元解非常吻合,证明了等代化理论的合理性,可为工程领域正确评估含损伤层合结构的剩余承载能力提供技术参考。 展开更多
关键词 多脱层 层合板 接触效应 自由振动 等代化模型
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