具脫層復(fù)合材料層合圓柱殼的非線性靜動力學(xué)性能與脫層擴(kuò)展研究.pdf

1、脫層是復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)中常見的一種損傷。脫層的出現(xiàn)及其進(jìn)一步擴(kuò)展可降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，從而改變結(jié)構(gòu)的靜、動力學(xué)性能。本論文以具環(huán)向貫穿脫層的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合圓柱殼為研究對象，系統(tǒng)地探討了脫層殼的屈曲、后屈曲、動力穩(wěn)定性、非線性自由振動、菲線性動力響應(yīng)及脫層擴(kuò)展等問題。本論文的研究成果具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，也具有重要的工程應(yīng)用意義。其主要研究工作如下。 基于Donnell薄殼理論和相鄰平衡準(zhǔn)則，建立了含環(huán)向貫穿脫層復(fù)合材料層合

2、圓柱殼屈曲問題的解析分析模型，探求了一種有效的解析求解方法。算例中，給出了脫層殼的三種不同屈曲模態(tài)，具體討論了脫層大小、深度、位置以及復(fù)合材料纖維鋪層方式等因素對脫層圓柱殼屈曲載荷的影響，并與有關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行了比較。 根據(jù)非線性彈性理論，建立了用應(yīng)力函數(shù)和撓度表示的具脫層正交鋪設(shè)圓柱殼的后屈曲控制方程及相應(yīng)的定解條件，且應(yīng)用Koiter初始后屈曲理論并借助小參數(shù)攝動法，尋求了控制方程的漸近解。算例中，給出了撓度隨軸向載荷變化的

3、響應(yīng)曲線和撓度隨軸向坐標(biāo)變化的后屈曲變形曲線。 基于瑞利．里茲方法，建立了含環(huán)向貫穿脫層復(fù)合材料層合圓柱殼的動力穩(wěn)定性分析模型。首先，引入Heaviside單位階躍函數(shù)，假定一種適合于脫層殼動力問題的位移模式，推導(dǎo)出脫層殼的總能量方程；然后，將位移函數(shù)近似地表示為雙三角級數(shù)的形式，且施加瑞利一里茲法，得到用于圓柱殼穩(wěn)定性分析的Mathieu型參數(shù)振動方程；接著，采用Bolotin方法對其進(jìn)行求解。算例中，討論了脫層大小、脫層深度

4、、鋪設(shè)材料性質(zhì)及外激勵的大小等對復(fù)合材料脫層圓柱殼固有頻率及主要動力不穩(wěn)定區(qū)域的影響。 在考慮幾何非線性的情況下，對脫層圓柱殼的非線性自由振動問題進(jìn)行了研究。通過對脫層殼的能量分析并應(yīng)用瑞利一里茲法后，得到系統(tǒng)關(guān)于時(shí)間函數(shù)的非線性控制微分方程，接著，采用諧波平衡法對控制方程進(jìn)行求解。算例中，討論了不同脫層長度和深度等因素對軸對稱脫層圓柱殼振動模態(tài)及非線性幅頻響應(yīng)曲線的影響。 基于非線性彈性殼理論，建立了考慮脫層間接觸效應(yīng)

5、的具脫層軸對稱層合圓柱殼的非線性動力響應(yīng)分析模型。首先，將脫層的上、下部分視為兩串連彈簧，來計(jì)算接觸力；然后，對系統(tǒng)的橫向運(yùn)動控制方程進(jìn)行修正，從而有效地避免了脫層之間的相互貫穿。且綜合利用有限差分法、Newton-Newmark法和迭代法對整個(gè)問題進(jìn)行求解。算例中，具體討論了脫層的大小、深度、位置以及載荷等因素對具脫層軸對稱層合圓柱殼非線性動力響應(yīng)的影響。 基于可動邊界變分原理和層合殼理論，分別對復(fù)合材料脫層圓柱殼在軸向載荷及