本文關鍵詞： 復合材料 壓電材料 弱粘接 分層 有限元法 無網格法 半解析法　出處：《上海交通大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：復合材料層壓結構層間界面損傷依據損傷程度的強弱可以分為兩種形式,層間界面弱粘接損傷和分層損傷。層間界面弱粘接損傷的特點是層間應力連續(xù)而層間位移不連續(xù),分層損傷的特點是層間應力和層間位移均不連續(xù),即接觸面可以自由地相對張開和滑動。在服役狀態(tài)下,結構會承受各種載荷,將導致層間界面損傷的擴展。復合材料結構的剛度和強度會隨之顯著下降,并引發(fā)嚴重的安全隱患。因此,含層間界面損傷復合材料層壓結構的力學性能研究具有重要意義。針對含層間界面損傷復合材料層壓結構的彎曲、振動、屈曲、熱屈曲特性和剩余強度的研究,本文提出了兩種方法:基于兩類變量變分原理的Hamilton正則方程有限元與徑向基點插值無網格耦合半解析法和基于局部加權殘值法的Hamilton正則方程局部徑向基點插值無網格半解析法。在這兩種方法中沿厚度方向采用解析法,保證了層間位移和平面外應力的連續(xù)性,數值結果精度高,平面內采用數值方法,能處理復雜的側面邊界條件及復雜的外載荷等問題,通過傳遞矩陣技術的實施,使得控制方程只含有結構上下表面的位移變量和應力變量,顯著地減少了控制方程的未知量,計算效率高,對應力和位移兩類變量沒作其他任何假設,正交異性甚至各向異性材料的剪切效應得到了充分體現。另外,針對復合材料層壓結構屈曲和熱屈曲問題,本文修正了其中的能量密度函數,并擴展應用到含層間界面損傷壓電材料層壓結構的力學性能分析上。本文用含兩種損傷形式的復合材料和壓電材料層壓結構的彎曲、振動、屈曲、熱屈曲特性和含分層損傷復合材料層壓結構分層前緣能量釋放率相關算例驗證了所提方法的準確性和有效性。
[Abstract]:The interlaminar interface damage of composite laminated structure can be divided into two forms according to the degree of damage, namely, the interlaminar interface weak adhesion damage and delamination damage. The characteristics of the interlaminar interface weak bonding damage are that the interlaminar stress is continuous and the interlaminar displacement is discontinuous. Delamination damage is characterized by the discontinuity of interlayer stresses and displacements, that is, the free opening and sliding of contact surfaces. The stiffness and strength of composite structures will decrease significantly, which will lead to serious safety risks. It is of great significance to study the mechanical properties of composite laminated structures with interlaminar interface damage. The bending, vibration, buckling, thermal buckling and residual strength of composite laminated structures with interlaminar interface damage are studied. In this paper, two methods are proposed: finite element method for Hamilton canonical equation and coupled meshless semi-analytical method for radial base point interpolation based on variational principle of two classes of variables and local radial base point interpolation for Hamilton canonical equation based on locally weighted residual method. In these two methods, the analytical method is used in the direction of thickness. The continuity of interlayer displacement and out-of-plane stress is ensured, the accuracy of numerical results is high, the numerical method is adopted in the plane, and the complex side boundary conditions and complex external loads can be dealt with. The governing equation contains only the displacement variables and stress variables of the upper and lower surfaces of the structure, which significantly reduces the unknown amount of the governing equation, and has a high computational efficiency. The corresponding forces and displacements are not assumed in any other way. The shear effect of orthotropic and even anisotropic materials is fully reflected. In addition, the energy density function is modified for the buckling and thermal buckling of composite laminated structures. In this paper, the bending, vibration and buckling of composite and piezoelectric laminated structures with interlaminar interface damage are investigated. Examples of thermal buckling characteristics and energy release rate of laminated composite structures with delamination damage verify the accuracy and effectiveness of the proposed method.
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

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本文編號：1535429