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含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析

工程力学 2019年第11期36卷 230-240页

作者：李萍金福松简方夏飞薛江红熊颖暨南大学力学与建筑工程学院应用力学研究所"重大工程灾害与控制"教育部重点实验室

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... 详细信息

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。

关键词：接触效应后屈曲层合梁摄动法脱层

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

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复合材料学报 2019年第5期36卷 1132-1142页

作者：金福松薛江红夏飞李萍熊颖暨南大学力学与建筑工程学院应用力学研究所重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632

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... 详细信息

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。

关键词：刚度等效层合板脱层多尺度分析接触效应

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复合材料层合板壳非线性力学的研究进展

力学学报 2017年第3期49卷 487-506页

作者：刘人怀薛江红暨南大学力学与建筑工程学院应用力学研究所广州510632 暨南大学重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632

复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、... 详细信息

复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、分层裂纹偏转、多分层以及分层传播等多种模式.各国学者基于不同的考虑,提出了多种方法研究复合材料层合板壳的失效.首先,在简要介绍了层合板壳线性力学基本理论的基础上,重点回顾了层合板壳结构非线性力学几种基本理论发展的过程,主要阐述了经典大挠度非线性理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、锯齿理论、广义分层理论的理论体系及基本公式,并对几种理论之间的联系和差异进行了总结;其次,介绍了当前层合结构非线性领域的研究进展,综述了典型复合材料板壳结构的失效机理及优化设计、复合材料板壳结构在复杂环境下的破坏机理、复合材料板壳结构的物理非线性、含脱层纤维增强复合材料板壳结构的破坏机理等各研究热点的最新研究成果;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望.

关键词：复合材料层合板壳非线性力学

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张弦金属薄板空间结构模型试验研究

建筑结构 2025年第2期55卷 9-17页

作者：秦杰冯得海曹伟吴金志张毅刚钱英欣河北省土木工程灾变控制与灾害应急重点实验室廊坊065201 华北科技学院建筑工程学院廊坊065201 北京工业大学城市建设学部北京100124 北京市建筑工程研究院有限责任公司北京100039

基于大跨空间结构“围护+结构”合二为一的设计理念,提出张拉金属薄板空间结构体系。金属薄板具有强度高、面内刚度大的特点,但其面外刚度较弱,对于大跨空间结构,在面外荷载作用下金属薄板变形控制难度大。因此,通过对金属薄板施加面内... 详细信息

基于大跨空间结构“围护+结构”合二为一的设计理念,提出张拉金属薄板空间结构体系。金属薄板具有强度高、面内刚度大的特点,但其面外刚度较弱,对于大跨空间结构,在面外荷载作用下金属薄板变形控制难度大。因此,通过对金属薄板施加面内预应力提高其面外刚度,同时将索结构与预应力金属薄板结构相结合,构成新的张拉金属薄板空间结构体系,实现围护与结构在大跨空间结构设计上的统一;进行了平面尺寸为6m×4.5m的张弦金属薄板空间结构的模型试验,研究了该结构金属薄板间的连接、预应力施加、结构成形过程、静力加载特性等,并将试验结果与数值模拟结果进行了对比,最后对采用新结构体系的工程实例进行了数值分析。结果表明:张弦金属薄板空间结构体系在成形后具有良好的力学性能,能够充分发挥围护与结构相统一的优点,在各类大跨度料场封闭工程中具有广泛的应用前景。

关键词：张弦金属薄板空间结构模型试验施工成形静力分析

高预紧力应力均布型锚杆在静-动载作用下的力学响应

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中国安全科学学报 2025年第1期35卷 50-59页

作者：侯俊领李垂宇黄童李袁琳刘世阳黄平安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 攀枝花学院四川攀枝花617001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001

为解决因深部采动巷道强采动应力影响导致锚杆断锚、失锚现象发生的问题,有效提高锚杆预紧力,设计一款可施加高预紧力的应力均布型锚杆,综合采用理论分析、静载拉拔和落锤冲击试验、数值计算以及数字散斑相关法(DIC)等研究锚杆静载拉拔... 详细信息

为解决因深部采动巷道强采动应力影响导致锚杆断锚、失锚现象发生的问题,有效提高锚杆预紧力,设计一款可施加高预紧力的应力均布型锚杆,综合采用理论分析、静载拉拔和落锤冲击试验、数值计算以及数字散斑相关法(DIC)等研究锚杆静载拉拔过程中载荷-位移分布特征,得到锚杆应力集中位置;采用Ansys数值模拟落锤冲击试验和霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,研究锚杆在动载作用下的力学响应特征。研究结果表明:普通锚杆螺母螺纹变形沿着远离挤压面轴向呈指数降低,应变集中在螺纹前3圈,应力均布型锚杆可实现螺纹应变协调,力学环境良好;锚杆轴力变化分为上升区、震荡区、稳定区,当落锤冲量相同时,应力均布型锚杆可将冲击力降低为原来的64%,降低锚杆轴力振幅频率;应力均布型锚杆可降低应力波波形变化幅度及频率。该研究成果在朱集矿、潘二矿、丁集矿等深部巷道应用,锚杆未见断锚现象,对巷道围岩控制效果较好。

关键词：预紧力应力均布型锚杆静载动载力学响应数字散斑相关法(DIC) 锚杆破断落锤冲击霍普金森压杆(SHPB)

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应用最小二乘法求解平面P波在孔洞上的散射

地震工程与工程振动 2019年第6期39卷 106-112页

作者：陈志刚暨南大学力学与建筑工程学院暨南大学重大工程灾害与控制教育部重点实验室

弹性波在孔洞上的散射问题可采用复变函数方法求解,用含有待定系数的“域函数”表示散射波的位移势函数,如何准确地求解该待定系数是获得问题解答的关键。本文根据孔洞边缘的径向和切向应力为零的边界条件用最小二乘法建立求解待定系数... 详细信息

弹性波在孔洞上的散射问题可采用复变函数方法求解,用含有待定系数的“域函数”表示散射波的位移势函数,如何准确地求解该待定系数是获得问题解答的关键。本文根据孔洞边缘的径向和切向应力为零的边界条件用最小二乘法建立求解待定系数的线性方程组,得到有限项系数的近似解。通过圆孔、椭圆孔和方孔的数值算例,分析了P波作用下不同形状孔洞边缘的动应力集中系数的特征,讨论了孔边的径向和切向应力计算误差与待定系数项数的关系。计算结果表明,采用最小二乘法求解散射波的待定系数,能够获得满足一定精度要求的孔附近动应力集中系数的解答。

关键词：平面P波动应力集中系数孔洞最小二乘法复变函数法

基于弹塑性损伤本构模型的复合材料层合板破坏荷载预测

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复合材料学报 2017年第4期34卷 773-785页

作者：陈静芬暨南大学力学与建筑工程学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632

在连续损伤力学和塑性力学框架内,建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法,开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量,并推导与所开发... 详细信息

在连续损伤力学和塑性力学框架内,建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法,开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量,并推导与所开发算法相应的数值一致性切线刚度矩阵,保证有限元分析采用NewtonRaphson迭代法解答非线性问题的计算效率。采用断裂带模型对已开发的本构模型软化段进行规则化,以减轻有限元分析结果的网格相关性问题。对损伤变量进行粘滞规则化,并推导出相应的粘滞规则化数值一致性切线刚度张量,解决了在有限元隐式计算程序中采用含应变软化段本构关系的数值分析由于计算困难而提前终止的问题。开发包含数值积分算法的用户材料子程序UMAT,并嵌于有限元程序Abaqus v6.14中。通过对力学行为展现显著塑性效应的AS4/3501-6V型开口复合材料层合板的渐进失效分析,验证本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示,预测结果与已报道的试验结果吻合良好,并且预测精度高于其他已有弹性损伤模型。表明已建立的弹塑性损伤本构模型能够准确预测力学行为,展现显著塑性效应的复合材料层合板的破坏荷载,为其构件和结构设计提供一种有效的分析方法。

关键词：复合材料本构模型渐进失效分析塑性效应刚度退化隐式积分算法

一种传感器优化布置的多能量参数改进有效独立法

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振动与冲击 2020年第24期39卷 25-31页

作者：范恒承余岭暨南大学力学与建筑工程学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632

为解决结构健康监测中的传感器优化布置问题,针对有效独立法存在的易丢失能量较大测点和能量法存在的测点易过于集中在能量较大位置从而导致结构重要模态信息丢失的不足,对有效独立法和能量法进行综合考虑,在有效独立法的基础上,同时引... 详细信息

为解决结构健康监测中的传感器优化布置问题,针对有效独立法存在的易丢失能量较大测点和能量法存在的测点易过于集中在能量较大位置从而导致结构重要模态信息丢失的不足,对有效独立法和能量法进行综合考虑,在有效独立法的基础上,同时引入模态动能和模态应变能修正有效独立法,提出一种考虑多能量参数的改进有效独立法(EI-MEP)。通过空间桁架结构的数值仿真算例以及矩形截面悬臂梁的实验验证,并结合评价准则对有效独立法及三种现有改进方法进行比对研究。结果表明,该方法具有良好的低阶模态识别的准确性,在选取少量传感器数目时具有优势,能保证测量振型向量具有较大的线性独立性,在五种方法中最为有效。

关键词：传感器优化布置有效独立法能量参数模态分析

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加筋复合材料层合板的自由振动特性与优化

振动与冲击 2021年第18期40卷 190-196页

作者：梁浩锋夏飞金福松石陈玉薛江红暨南大学力学与建筑工程学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632

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... 详细信息

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。

关键词：层合结构加强结构自由振动能量法板壳理论