含压电复合材料层合板动力学问题的扩展逐层方法研究

作     者：邵金玉 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐建新;黄爱军

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：扩展逐层法 含压电片复合材料层合板 分层 横向裂纹 脱粘 自由振动 

摘      要：复合材料层合板因其拥有其他金属材料不具备的显著优势在航空领域备受青睐,但复合材料损伤形式非常复杂,对结构健康监测提出了更高的要求。在结构健康监测中,压电材料是研究热点。而且,压电层合板在制造过程中或者冲击载荷作用下,均不可避免地出现损伤,所以,研究压电层合板和含压电片复合材料层合板的动力学问题显得尤为重要。本文的主要研究工作包括以下三方面:首先,基于扩展逐层方法,研究了含裂纹和分层损伤压电层合板的动力学问题。在厚度方向上位移假设中引入电势场,利用力-电混合变分原理、强不连续函数和弱不连续函数,结合子空间方法,得到了含损伤压电层合板扩展逐层方法的动力学控制方程。在数值算例中,通过与三维弹性模型进行对比,验证了本文方法的正确性,并研究了不同损伤参数对压电层合板固有频率的影响规律。其次,建立了研究含压电片复合材料层合板动力学问题的三维方法。压电片和复合材料层合板均采用扩展逐层方法离散,利用位移协调与内力平衡条件,得到了整体结构的动力学控制方程,并利用子空间方法求解固有频率。在数值算例中,将本文固有频率结果与三维弹性模型结果进行对比,验证了本文方法的正确性。同时,研究了脱胶、分层、裂纹等损伤对含压电片复合材料层合板的固有频率的影响规律。最后,利用位移协调与内力平衡条件,基于扩展逐层方法和三维实体有限元法,结合子空间方法,推导了含压电片复合材料加筋层合板动力学问题的有限元控制方程。在数值算例中,求解了整体结构的固有频率,与三维弹性模型对比验证了正确性,并研究了含多损伤的含压电片复合材料加筋层合板的固有频率变化规律。