船舶與海洋工程中復(fù)合材料板構(gòu)件的非線性振動和動力響應(yīng).pdf

1、纖維增強復(fù)合材料是由基體和高性能的纖維材料根據(jù)實際需要組合而成的一種復(fù)合材料，功能梯度材料則是由陶瓷和金屬復(fù)合而成的一種新型非均勻復(fù)合材料，這兩種材料在船舶和海洋工程中有極為廣闊的應(yīng)用前景，所以對由這兩類材料構(gòu)成的板結(jié)構(gòu)在復(fù)雜環(huán)境和復(fù)合載荷作用下的非線性振動和動力響應(yīng)的分析有重要的理論與應(yīng)用價值。 本文的研究工作主要包括：(1)基于Reddy高階剪切變形理論和廣義Kármán方程，提出了復(fù)合材料層合板非線性振動和動力響應(yīng)分析的攝

2、動-Galerkin混合法的漸近解，分析了彈性基礎(chǔ)上纖維增強復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)在預(yù)加面內(nèi)力作用下的非線性振動和動力響應(yīng)；(2)討論了濕熱環(huán)境對材料物性參數(shù)依賴于溫度和濕度變化的纖維增強復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)非線性振動和動力響應(yīng)的影響；(3)分析了含壓電層的纖維增強復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)在熱/電/機復(fù)合荷載作用下的非線性自由振動和強迫振動特性；(4)研究了熱環(huán)境下材料物性參數(shù)受溫度變化影響的功能梯度材料板結(jié)構(gòu)的非線性振動和動力響應(yīng)；(5)討論了表面粘貼壓電層

3、的功能梯度材料板結(jié)構(gòu)在熱/電/機復(fù)合荷載作用下的非線性振動和動力響應(yīng)特性。 本文首先基于Reddy的高階剪切變形理論和廣義Kármán型方程，建立了復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)非線性振動的控制方程，給出了復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)非線性振動和動力響應(yīng)分析的攝動-Galerkin混合法的漸近解，為本文的研究工作提供了高效可靠的數(shù)值分析手段。 接著，重點分析了置于彈性基礎(chǔ)上的纖維增強復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)在預(yù)加面內(nèi)力及橫向動荷載作用下的非線性性振動和動力響應(yīng)

4、，分析中考慮了面內(nèi)邊界可移和不可移兩種情況，通過參數(shù)分析討論了彈性基礎(chǔ)剛度、預(yù)加面內(nèi)力、長寬比、寬厚比、舖層數(shù)、舖設(shè)角及面內(nèi)邊界條件等因素對非線性振動和動力響應(yīng)的影響。基于Tsai和Hahn的層合板細(xì)觀-宏觀力學(xué)模型，研究了濕熱環(huán)境下物性參數(shù)受濕熱環(huán)境影響的纖維增強復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的非線性振動特性，分析了溫度和濕度、纖維體積含量及舖層數(shù)非對非線性振動和動力響應(yīng)的影響，指出了高溫和潮濕環(huán)境下必須考慮溫度、濕度變化對層合板物性參數(shù)的影響。

5、 對表面粘貼或中間內(nèi)埋壓電層的纖維增強復(fù)合材料混合板結(jié)構(gòu)，研究了其在熱/電/機復(fù)合荷載作用下的非線性振動和動力響應(yīng)特性。分析中假定溫度沿層合板厚度方向分層線性變化，控制電場為均勻電場，且只作用于壓電層的厚度方向。通過參數(shù)分析討論了混合板在電/機荷載作用下的非線性振動和動力響應(yīng)特性。 對功能梯度材料(FGM)板結(jié)構(gòu)，研究了其在熱傳導(dǎo)和熱/機荷載作用下的非線性振動和動力響應(yīng)。假定功能梯度材料的物性參數(shù)依賴于溫度變化，溫度只沿厚度

6、方向變化，且由熱傳導(dǎo)方程和熱邊界條件確定。通過參數(shù)分析研究了溫度變化、材料組份指數(shù)等因素對FGM板非線性振動和動力響應(yīng)的影響，并將考慮與不考慮溫度變化對材料物性參數(shù)影響的非線性動力特性作了比較，指出了高溫環(huán)境下必須考慮溫度變化對FGM材料物性參數(shù)的影響。最后研究了表面粘貼壓電層且物性參數(shù)隨溫度變化而變化的FGM混合板結(jié)構(gòu)在熱傳導(dǎo)和熱/電/機復(fù)合荷載作用下的非線性自由振動和強追振動特性。根據(jù)熱傳導(dǎo)方程、熱邊界條件及連續(xù)條件計算了混合板的溫

7、度分布。通過參數(shù)分析研究了混合板非線性振動和動力響應(yīng)的特點，指出了高溫環(huán)境下考慮溫度變化對FGM材料物性參數(shù)影響的必要性。 基于本文理論分析結(jié)果和所提出的攝動-Galerkin法，用FORTRAN語言編制了相應(yīng)的數(shù)值分析程序包，在上述研究領(lǐng)域內(nèi)給出了大量首次發(fā)表的計算分析結(jié)果。 本文研究成果有助于推動纖維增強和功能梯度復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的非線性振動和動力響應(yīng)的研究，對此兩類復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)在船舶和海洋工程中的推廣應(yīng)用具有重要的