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复合材料大层数层合板热变形热应力有限元分析 被引量:11
1
作者 张剑 李思简 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1997年第4期359-364,共6页
研究复合材料大层数层合板结构承受热载荷或同时存在机械载荷作用下,由于层合板各单层间存在着剪切耦合和泊松比的不协调等因素引起的热应力、热变形和自由边缘效应.采用三维八节点等参有限单元法,其特点是在划分三维单元时,每一个... 研究复合材料大层数层合板结构承受热载荷或同时存在机械载荷作用下,由于层合板各单层间存在着剪切耦合和泊松比的不协调等因素引起的热应力、热变形和自由边缘效应.采用三维八节点等参有限单元法,其特点是在划分三维单元时,每一个单元内可包含多个具有不同铺设角、不同组分材料的铺层.该文导出了相应的三维有限元分析各表达式,进行了实例数值计算,得到了反映大层数层合板热变形、热应力特性的一些有价值的结果. 展开更多
关键词 热荷载 热变形 热应力 有限元 复合材料 层合板
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缺口复合材料层合板疲劳性能的试验研究 被引量:1
2
作者 莫淑华 李海涛 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第2期75-80,共6页
对带各种缺口的复合材料层合板的疲劳性能进行了研究。设计了不同类型的缺口试件 ,分别进行静态和疲劳试验。试验数据表明 ,缺口对复合材料的静强度和静刚度的影响不大 ,缺口试样的疲劳寿命还高于无缺口试样 ,与金属材料相比 ,复合材料... 对带各种缺口的复合材料层合板的疲劳性能进行了研究。设计了不同类型的缺口试件 ,分别进行静态和疲劳试验。试验数据表明 ,缺口对复合材料的静强度和静刚度的影响不大 ,缺口试样的疲劳寿命还高于无缺口试样 ,与金属材料相比 ,复合材料对缺口不敏感。采用条状试样获得的力学性能不能代表复合材料的真实性能 ,实验表明自由边的缺口对结构提高疲劳寿命是有利的。文中还对疲劳过程中复合材料的刚度变化进行了研究 ,对文中所研究的层合板 ,刚度的变化可分为三个阶段 ,通过剩余刚度可以预测复合材料的疲劳寿命。 展开更多
关键词 复合材料 疲劳 自由边缘效应 层合板 缺口
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复合材料多层板边缘效应起因分析 被引量:4
3
作者 佟景伟 谢马岳 +3 位作者 沈珉 李鸿琦 P.Priolo F.Aym erich 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期171-174,共4页
为分析引起复合材料多层板自由边沿效应与端部效应的物理因素 ,分别研究了弹性模量、泊松比和上下两层材料主轴方向夹角对自由边沿效应的影响 ,给出了相应的三维有限元层间应力解及其三维分布图 .结果表明 ,弹性模量和上下两层材料主轴... 为分析引起复合材料多层板自由边沿效应与端部效应的物理因素 ,分别研究了弹性模量、泊松比和上下两层材料主轴方向夹角对自由边沿效应的影响 ,给出了相应的三维有限元层间应力解及其三维分布图 .结果表明 ,弹性模量和上下两层材料主轴方向夹角使层合板上下两层变形不一致 ,引起多层板自由边沿效应与端部效应 。 展开更多
关键词 复合材料多层板 自由边沿效应 弹性模量 泊松比 有限元方法 应力分析 边缘效应
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复合材料层合结构自由边效应实验研究 被引量:3
4
作者 高洪芬 高建中 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期3-5,23,共4页
复合材料层合结构的自由边效应是复合材料结构总体破坏的主要因素之一。本文对复合材料层合结构自由边效应进行了实验研究,得到了自由边效应的分布规律,即层间应力在自由边界和载荷边界附近有明显的应力集中,在离开边界的地方应力集中... 复合材料层合结构的自由边效应是复合材料结构总体破坏的主要因素之一。本文对复合材料层合结构自由边效应进行了实验研究,得到了自由边效应的分布规律,即层间应力在自由边界和载荷边界附近有明显的应力集中,在离开边界的地方应力集中现象很快消失。实验结果与数值模拟结果趋势基本一致,这一规律的发现可为复合材料制造工艺和工程应用提供指导。 展开更多
关键词 复合材料 层合结构 自由边效应 层间应力 实验研究
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复合材料圆筒自由边效应的有限元分析 被引量:2
5
作者 孙雪坤 甄立东 杜善义 《力学与实践》 CSCD 北大核心 1998年第5期34-37,共4页
本文分析复合材料圆筒在内压作用下的自由边效应,讨论圆筒的叠层顺序对自由边应力的影响,预报最易发生边界脱层的界面.有限元分析结果表明:层间剪切破坏是该结构发生边界失效的主要原因,不同的叠层顺序可较大地影响自由边层间剪切... 本文分析复合材料圆筒在内压作用下的自由边效应,讨论圆筒的叠层顺序对自由边应力的影响,预报最易发生边界脱层的界面.有限元分析结果表明:层间剪切破坏是该结构发生边界失效的主要原因,不同的叠层顺序可较大地影响自由边层间剪切应力,而大变形情况下线性有限元分析结果与非线性有限元数据相差较大,几何非线性的影响不容忽视. 展开更多
关键词 复合材料 自由边效应 有限元分析 圆筒
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FRP层合板自由边效应的变分渐近降维模型 被引量:3
6
作者 王鹏 钟轶峰 +1 位作者 罗丹 彭啸 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第S01期157-163,共7页
为准确预测因相邻层弹性性能不同产生的自由边应力,避免分层或横向开裂等过早破坏,基于变分渐近法构建FRP层合板的多尺度模型。利用板厚宽比很小的特点,严格将原三维各向异性弹性问题分解为代表单胞分析和二维板宏观分析。前者可提供板... 为准确预测因相邻层弹性性能不同产生的自由边应力,避免分层或横向开裂等过早破坏,基于变分渐近法构建FRP层合板的多尺度模型。利用板厚宽比很小的特点,严格将原三维各向异性弹性问题分解为代表单胞分析和二维板宏观分析。前者可提供板宏观分析所需的本构关系和三维重构关系。基于最小势能原理,通过对二维板能量泛函中主导变分项的渐近分析,得到表征板几何非线性的系列波动函数解;通过本构关系和求解得到的翘曲函数解重构自由边附近的局部三维应力场分布。通过拉伸、弯曲和扭矩共同作用下的对称铺设层合板算例表明:构建降维模型可准确预测沿自由边厚度方向和层间界面的应力分布,且计算效率大为提高,为结构设计人员在初步设计阶段对FRP层合板性能评估提供了一种简洁的途径。 展开更多
关键词 FRP层合板 自由边效应 变分渐近法 降维模型 本构关系
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基于准三维理论的功能梯度层合板应力分析 被引量:2
7
作者 郭琰 蒋亚南 黄斌 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1172-1177,I0018,共7页
提出了一种基于应力函数的准三维层合板应力分析理论,用于分析含有功能梯度层的复合材料层合板在拉伸载荷作用下的自由端应力分布。该方法从假设应力场函数出发,通过余虚功原理获得微分控制方程,并将其转化为一个标准的特征值问题,最终... 提出了一种基于应力函数的准三维层合板应力分析理论,用于分析含有功能梯度层的复合材料层合板在拉伸载荷作用下的自由端应力分布。该方法从假设应力场函数出发,通过余虚功原理获得微分控制方程,并将其转化为一个标准的特征值问题,最终通过求解特征值问题获得了三维应力分布。通过算例表明,功能梯度材料的梯度因子对层间应力和自由端应力分布有着重要影响,对面内应力的分布也有重要影响。选择合理的梯度因子可以在保证结构设计要求的情况下,有效减小层间的应力分布,对功能梯度层合板的设计意义重大。 展开更多
关键词 准三维理论 功能梯度 层间应力 应力函数 自由端效应
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基于可分型Hamilton正则方程的复合材料层合板自由边缘效应研究 被引量:2
8
作者 郭巧荣 徐建新 卿光辉 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1425-1430,共6页
提出一种可分型Hamilton正则方程与有限元法相结合的半解析法理论,研究辛体系下正交异性复合材料层合板自由边缘效应问题。首先根据修正后的H-R变分原理,推导可分型Hamilton正则方程,应用有限元法建立沿厚度方向的状态方程。然后,实例... 提出一种可分型Hamilton正则方程与有限元法相结合的半解析法理论,研究辛体系下正交异性复合材料层合板自由边缘效应问题。首先根据修正后的H-R变分原理,推导可分型Hamilton正则方程,应用有限元法建立沿厚度方向的状态方程。然后,实例计算分析复合材料层合板层间应力。通过数值算例验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 自由边缘效应 HAMILTON正则方程 状态方程 层间应力
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基于非协调广义部分混合元的层合板边界效应分析 被引量:1
9
作者 王燮 卿光辉 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期4172-4178,共7页
就层合板的自由边界效应分析而言,采用位移实体单元获得的结果通常无法保证面外应力满足层间的连续要求,并且表面的面外应力值与实际状态不符,数值结果精确性低。本文基于非协调广义混合变分原理,提出了非协调广义部分混合元,对不同铺... 就层合板的自由边界效应分析而言,采用位移实体单元获得的结果通常无法保证面外应力满足层间的连续要求,并且表面的面外应力值与实际状态不符,数值结果精确性低。本文基于非协调广义混合变分原理,提出了非协调广义部分混合元,对不同铺层的层合板模型进行了自由边界效应分析。利用非协调广义部分混合元可同时引入位移和应力边界条件、同时求解位移和面外应力的特点,使用较少的计算成本,获得了自由边界处更精确的面外应力结果。实例证明,在网格较稀疏的情况下,非协调广义部分混合元有效地捕捉了面外应力在自由边界附近的高应力梯度特性,同时有关奇异性的精确度明显优于文献的结果。 展开更多
关键词 层合板 自由边界效应 非协调广义混合元 有限元法 面外应力
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层合复合材料自由角附近的层间应力场——一个半解析解 被引量:1
10
作者 金培鹏 Wilfried Becker +1 位作者 丁雨田 许广济 《青海大学学报(自然科学版)》 2005年第1期1-5,共5页
对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题提出了一个计算应力场的半解析解,它适合于[90°/0°]s,对称铺层的层合复合材料变温问题。对文中给出的[90°/0°]s。对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料的两个算例,... 对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题提出了一个计算应力场的半解析解,它适合于[90°/0°]s,对称铺层的层合复合材料变温问题。对文中给出的[90°/0°]s。对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料的两个算例,解析解所得结果与用三维有限元计算的结果符合得较好。还就应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素。 展开更多
关键词 层间应力 自由边效应 层合板自由角 自由角效应 热荷载
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复合材料层合板宽度尺寸效应的混合模型 被引量:1
11
作者 沈浩杰 姚卫星 吴义韬 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期371-376,共6页
研究了影响复合材料层合板强度尺寸效应的两个主要影响因素:统计尺寸效应和自由边效应。统计尺寸效应采用经典的Weibull最弱环理论描述。提出了"废宽度"的概念,将自由边效应和最终失效强度联系起来。综合这两种效应,得到了影... 研究了影响复合材料层合板强度尺寸效应的两个主要影响因素:统计尺寸效应和自由边效应。统计尺寸效应采用经典的Weibull最弱环理论描述。提出了"废宽度"的概念,将自由边效应和最终失效强度联系起来。综合这两种效应,得到了影响纤维增强复合材料(Fiber reinforced plastic,FRP)宽度尺寸效应的混合模型。引用D Kujawski的试验数据对混合模型进行了验证,结果表明:混合模型能够准确地预测不同宽度试件的最终失效强度。 展开更多
关键词 纤维增强复合材料 宽度尺寸效应 统计尺寸效应 自由边效应 废宽度
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TORSION OF COMPOSITE LAMINATED BARS WITH A LARGE NUMBER OF LAYERS
12
作者 张剑 李思简 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 1998年第6期585-591,共7页
In view of rite effective elastic moduli theory([1]), analyzing the thick composite laminated bars subjected to an externally applied torque are presented by three-dimensional finite element (3-D FEM) and global-local... In view of rite effective elastic moduli theory([1]), analyzing the thick composite laminated bars subjected to an externally applied torque are presented by three-dimensional finite element (3-D FEM) and global-local method in this paper. Numerical results involving the distribution of shearing stresses olt cross-section and the torsional deformation and the interlaminar stresses near to free edges are given. If necessary elements discretization may be densely carried out only in the high stress gradient, region. Obviously, it requires less computer memory and computational time so that it offers an effective way for evaluating strength of laminated bars torsion with a greet number of layers. 展开更多
关键词 effective elastic moduli three-dimensional element SUBLAMINATE global-local method free-edge effect composite laminated bar TORSION
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Mechanical behaviors of notched composite laminates
13
作者 莫淑华 李海涛 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2000年第1期89-92,共4页
Presents the study on the mechanical behaviors of composite laminates with both static and fatigue tests performed with different notched specimens and concludes with experimental results that ultimate strength and in... Presents the study on the mechanical behaviors of composite laminates with both static and fatigue tests performed with different notched specimens and concludes with experimental results that ultimate strength and initial stiffness of various notched composite laminates is almost as same as un notched ones but the fatigue life of notched specimens is much higher than un notched ones. Compared with metals, composite materials are notch insensitive. The properties measured by using bar type specimens can not represent the real properties of composite laminates. Notches on the free edge may be helpful to the structure. The fatigue life can be predicted through theoretical models established using the residual stiffness model. 展开更多
关键词 COMPOSITE MECHANICAL BEHAVIORS free edge effect
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增强型整体-局部高阶理论四边形单元层合板自由边分析 被引量:1
14
作者 徐铮 吴振 《沈阳航空航天大学学报》 2013年第3期55-60,共6页
基于增强型整体-局部高阶理论,构造了四节点四边形单元并分析复合材料自由边拉伸问题。本理论预先满足层合板面内位移和层间应力连续条件及层合板上下自由表面条件,未知变量个数不依赖于层合板的层数。精化四节点四边形单元满足单元间C... 基于增强型整体-局部高阶理论,构造了四节点四边形单元并分析复合材料自由边拉伸问题。本理论预先满足层合板面内位移和层间应力连续条件及层合板上下自由表面条件,未知变量个数不依赖于层合板的层数。精化四节点四边形单元满足单元间C1弱连续性条件。数值结果表明,基于增强型整体-局部高阶理论构造的四边形单元能够精确分析自由边拉伸问题。层间横向剪切应力能够直接从本构方程中计算得出,而横向法应力则需在一个单元内使用局部三维平衡方程。 展开更多
关键词 复合材料层合板 自由边效应 增强型整体-局部高阶理论 精化四边形单元 层间应力
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植物纤维复合材料层合板吸湿层间应力分析 被引量:1
15
作者 姚欣欣 沈珉 徐兴春 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期941-946,共6页
为研究吸湿对植物纤维层合板层间应力的影响,采用超弹性吸湿本构模型来描述剑麻纤维增强苯甲基化木材(SFRBW)复合材料的吸湿力学行为,用Fortran语言编写了有限元用户材料子程序,建立了SFRBW层合板三维有限元模型,分析了不同湿度对不同... 为研究吸湿对植物纤维层合板层间应力的影响,采用超弹性吸湿本构模型来描述剑麻纤维增强苯甲基化木材(SFRBW)复合材料的吸湿力学行为,用Fortran语言编写了有限元用户材料子程序,建立了SFRBW层合板三维有限元模型,分析了不同湿度对不同铺设角的SFRBW斜交层合板受拉伸时的层间应力和自由边缘效应的影响。数值结果表明,对于斜交层合板,湿度对层间切应力τ13的影响最大;随着湿度的增加,层间应力集中会降低,缓解了层合板的自由边缘效应,在所有的斜交层合板[±θ]S中,[±15]S层合板层间应力τ13数值达到最大,[±55]S层合板层间应力τ13数值为零。该研究结果为湿环境下斜交层合板的优化设计提供了数值分析依据。 展开更多
关键词 植物纤维复合材料 吸湿本构模型 层间应力 自由边缘效应 有限元分析
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复合材料大层数层压矩形截面杆的扭转问题分析 被引量:1
16
作者 张剑 李思简 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 1998年第6期549-555,共7页
本文根据有效弹性模量理论[1],采用三维八节点等参数有限元和整体—局部方法,对复合材料大层数矩形厚截面层压杆的扭转问题及其自由边缘效应进行了分析研究,通过算例计算给出了剪切应力在横截面内的分布规律、杆的扭转变形及其在... 本文根据有效弹性模量理论[1],采用三维八节点等参数有限元和整体—局部方法,对复合材料大层数矩形厚截面层压杆的扭转问题及其自由边缘效应进行了分析研究,通过算例计算给出了剪切应力在横截面内的分布规律、杆的扭转变形及其在自由边缘区域层间应力的分布情况·由于本文的分析方法可根据需要仅在应力梯度较大的局部区域,按单层逐层划分单元或在单层内再细化单元,以求得单层内精确的应力场和位移场,因此能显著节约计算量与机时,为具有大层数层压杆的扭转强度计算提供了一种有效的方法· 展开更多
关键词 层压杆 扭转 复合材料 层压构件 矩形截面
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层合复合材料的自由角效应——三维有限差分解
17
作者 金培鹏 许广济 丁雨田 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2005年第3期32-36,共5页
针对层合复合材料的自由角附近的层间高应力问题,提出了一个三维有限差分法的方案,计算层合复合材料在变温下的自由角效应问题,同时与以前的解进行了比较.研究表明,所提出的有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的,对[90°/0°]... 针对层合复合材料的自由角附近的层间高应力问题,提出了一个三维有限差分法的方案,计算层合复合材料在变温下的自由角效应问题,同时与以前的解进行了比较.研究表明,所提出的有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的,对[90°/0°]s对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料算例来说,比以前的半解析解更接近于用三维有限元计算的结果.还讨论了层间应力的应力场和层间破坏之间的关系,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素. 展开更多
关键词 层合复合材料 层间应力 自由边效应 层合板自由角 自由角效应 热荷载
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层合复合材料自由角附近层间应力场的数值分析
18
作者 金培鹏 Wilfried Becker +1 位作者 丁雨田 许广济 《青海大学学报(自然科学版)》 2005年第4期1-6,共6页
对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题,提出了一种三维有限差分法方案计算层合复合材料在变温下的自由角附近的应力场。对文中给出的[90°/0°]s对称铺层和Ni/Al层合复合材料及两个算例,有限差分方案的结果以前所提供的半... 对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题,提出了一种三维有限差分法方案计算层合复合材料在变温下的自由角附近的应力场。对文中给出的[90°/0°]s对称铺层和Ni/Al层合复合材料及两个算例,有限差分方案的结果以前所提供的半解析解结果更接近三维有限元计算结果。同时对纤维任意铺设的碳纤维增强塑料的算例进行了计算,发现有限差分方案的结果也和三维有限元计算结果符合的很好。这种有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的。文中还就所计算的例子的应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素。 展开更多
关键词 层间应力 自由边效应 自由角效应 热荷载 纤维任意方向铺设层
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平面轴对称变温场下金属层压板孔边层间应力奇异性分析
19
作者 王子昆 黄上恒 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1993年第1期65-72,138,共8页
本文从弹性力学三维问题柱坐标下以位移分量表示的平衡方程出发,用小参数摄动技术提出了平面轴对称变温场下包覆金属层压板孔边层间应力奇异性的具体分析方法,得到了确定奇异性阶次的特征方程,并对两种工程实际中应用的含圆孔的层压板... 本文从弹性力学三维问题柱坐标下以位移分量表示的平衡方程出发,用小参数摄动技术提出了平面轴对称变温场下包覆金属层压板孔边层间应力奇异性的具体分析方法,得到了确定奇异性阶次的特征方程,并对两种工程实际中应用的含圆孔的层压板作出了数值算例。 展开更多
关键词 金属层压板 材料力学 复合材料
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层板椭圆孔自由边缘效应
20
作者 李明俊 樊蔚勋 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1989年第3期A183-A186,共4页
复合材料层板的直边和圆孔自由边缘效应的三维应力分析,国内外已有不少的数值解和近似解析解。Rybicki等提出了各向异性板椭圆孔2维问题变换为圆孔问题的方法,本文论证了这种变换方法的3维情形,从而可根据圆孔自由边缘效应结果来估计椭... 复合材料层板的直边和圆孔自由边缘效应的三维应力分析,国内外已有不少的数值解和近似解析解。Rybicki等提出了各向异性板椭圆孔2维问题变换为圆孔问题的方法,本文论证了这种变换方法的3维情形,从而可根据圆孔自由边缘效应结果来估计椭圆孔自由边缘效应。 展开更多
关键词 层板 椭圆孔 自由边缘效应
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