掃一掃
關注中圖網
官方微博
本類五星書更多>
-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
多層復合結構振動建模理論與計算方法 版權信息
- ISBN：9787030684240
- 條形碼：9787030684240 ; 978-7-03-068424-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
多層復合結構振動建模理論與計算方法 內容簡介
本書系統介紹了多層復合結構經典層合理論、剪切變形層合理論、三維層合理論、高階分層理論等動力學建模理論與計算方法，為多層復合結構的動力學研究提供了一套從經典簡化理論到三維層合理論，從經典邊值到非一致邊值問題的系統化建模理論與計算方法。本書在內容安排上有兩條主線：一是以建模理論精度“從低到高”、難度“由小到大”的順序展開，系統給出了不同建模理論的推導過程和求解方法；二是以結構建模維度“由簡單到復雜”為主線，從一維復合梁結構到三維復合殼體結構，系統地給出了復合梁、板、殼結構不同結構參數、邊界條件和鋪層方式下的振動彈性解，并分析了相關參數的影響規律。
多層復合結構振動建模理論與計算方法 目錄
目錄
前言
主要符號說明
第1章 緒論 1
1.1 多層復合材料結構概述 1
1.1.1 復合材料結構簡介 1
1.1.2 多層復合材料結構簡介 2
1.2 多層復合結構振動建模理論 5
1.2.1 經典層合理論 6
1.2.2 剪切變形層合理論 7
1.2.3 鋸齒理論 11
1.2.4 三維層合理論 12
1.3 多層復合結構振動計算方法 14
第2章 經典層合理論及廣義譜方法 19
2.1 概述 19
2.2 經典層合殼理論 20
2.2.1 應力和應變 20
2.2.2 能量方程 22
2.2.3 振動控制微分方程 23
2.3 經典層合板理論 24
2.3.1 應力和應變 24
2.3.2 能量方程 26
2.3.3 振動控制微分方程 27
2.4 經典層合梁理論推導 28
2.5 廣義譜方法 29
2.5.1 傳統譜方法簡介 29
2.5.2 廣義譜方法求解過程 30
2.6 數值算例 34
第3章 剪切變形層合理論 41
3.1 概述 41
3.2 一階剪切變形層合殼理論 42
3.2.1 應力和應變 42
3.2.2 能量方程 44
3.2.3 振動控制微分方程 47
3.2.4 數值算例 49
3.3 一階剪切變形層合板理論 50
3.3.1 基本方程 50
3.3.2 數值算例 52
3.4 一階剪切變形層合梁理論 53
3.4.1 基本方程 53
3.4.2 數值算例 54
3.5 橫向剪切變形對多層復合梁振動特性的影響 55
3.6 橫向剪切變形對多層復合板振動特性的影響 58
3.7 橫向剪切變形對多層復合殼振動特性的影響 59
第4章 三維層合理論及譜-微分求積混合法 62
4.1 概述 62
4.2 三維層合理論基本方程 64
4.2.1 主曲率半徑及Lamé常數 64
4.2.2 幾何方程及物理方程 65
4.2.3 運動微分方程及邊界條件 66
4.3 譜-微分求積混合求解方法 67
4.3.1 微分求積法簡介 68
4.3.2 節點選取及應變分量計算 70
4.3.3 鋪層能量方程構建 73
4.3.4 鋪層特征矩陣求取 74
4.3.5 整體方程列式裝配 76
第5章 多層復合梁二維彈性解 79
5.1 概述 79
5.2 基本方程 80
5.2.1 結構模型 80
5.2.2 平面應力假設 82
5.2.3 二維譜-微分求積混合法 83
5.3 數值算例 86
5.4 橫向伸縮變形及層間連續條件影響分析 90
5.5 復雜曲率多層復合曲梁二維彈性解 97
5.5.1 多層復合橢圓曲梁二維彈性解 97
5.5.2 多層復合拋物線曲梁二維彈性解 101
第6章 多層復合板三維彈性解 106
6.1 概述 106
6.2 基本方程 107
6.2.1 結構模型 107
6.2.2 直角坐標系下的三維譜-微分求積混合法 108
6.3 數值算例 111
6.4 橫向伸縮變形及層間連續條件影響分析 115
6.5 典型多層復合板三維彈性解及其分析 124
第7章 多層復合圓柱殼三維彈性解 132
7.1 概述 132
7.2 基本方程 133
7.2.1 多層復合圓柱殼結構模型 133
7.2.2 柱坐標系下的三維譜-微分求積混合法 134
7.3 數值算例 137
7.4 橫向伸縮變形及層間連續條件影響分析 139
7.5 典型多層復合圓柱殼三維彈性解及其分析 145
第8章 基于切比雪夫級數的高階分層理論 153
8.1 概述 153
8.2 基于切比雪夫級數的高階分層殼理論 155
8.2.1 初始位移場 155
8.2.2 應力和應變 157
8.2.3 能量方程 158
8.2.4 特征方程 158
8.3 基于切比雪夫級數的高階分層板理論 160
8.4 基于切比雪夫級數的高階分層梁理論 162
8.5 數值算例 164
8.5.1 多層復合梁算例 164
8.5.2 多層復合板算例 168
8.5.3 多層復合圓柱殼算例 175
參考文獻 177
附錄 184
附錄A：多層復合曲梁第k鋪層的剛度矩陣的詳細表達式 184
附錄B：多層復合板第k鋪層的剛度和質量矩陣的詳細表達式 185
附錄C：作者已發表的與本書內容相關的論文 187
前言
主要符號說明
第1章 緒論 1
1.1 多層復合材料結構概述 1
1.1.1 復合材料結構簡介 1
1.1.2 多層復合材料結構簡介 2
1.2 多層復合結構振動建模理論 5
1.2.1 經典層合理論 6
1.2.2 剪切變形層合理論 7
1.2.3 鋸齒理論 11
1.2.4 三維層合理論 12
1.3 多層復合結構振動計算方法 14
第2章 經典層合理論及廣義譜方法 19
2.1 概述 19
2.2 經典層合殼理論 20
2.2.1 應力和應變 20
2.2.2 能量方程 22
2.2.3 振動控制微分方程 23
2.3 經典層合板理論 24
2.3.1 應力和應變 24
2.3.2 能量方程 26
2.3.3 振動控制微分方程 27
2.4 經典層合梁理論推導 28
2.5 廣義譜方法 29
2.5.1 傳統譜方法簡介 29
2.5.2 廣義譜方法求解過程 30
2.6 數值算例 34
第3章 剪切變形層合理論 41
3.1 概述 41
3.2 一階剪切變形層合殼理論 42
3.2.1 應力和應變 42
3.2.2 能量方程 44
3.2.3 振動控制微分方程 47
3.2.4 數值算例 49
3.3 一階剪切變形層合板理論 50
3.3.1 基本方程 50
3.3.2 數值算例 52
3.4 一階剪切變形層合梁理論 53
3.4.1 基本方程 53
3.4.2 數值算例 54
3.5 橫向剪切變形對多層復合梁振動特性的影響 55
3.6 橫向剪切變形對多層復合板振動特性的影響 58
3.7 橫向剪切變形對多層復合殼振動特性的影響 59
第4章 三維層合理論及譜-微分求積混合法 62
4.1 概述 62
4.2 三維層合理論基本方程 64
4.2.1 主曲率半徑及Lamé常數 64
4.2.2 幾何方程及物理方程 65
4.2.3 運動微分方程及邊界條件 66
4.3 譜-微分求積混合求解方法 67
4.3.1 微分求積法簡介 68
4.3.2 節點選取及應變分量計算 70
4.3.3 鋪層能量方程構建 73
4.3.4 鋪層特征矩陣求取 74
4.3.5 整體方程列式裝配 76
第5章 多層復合梁二維彈性解 79
5.1 概述 79
5.2 基本方程 80
5.2.1 結構模型 80
5.2.2 平面應力假設 82
5.2.3 二維譜-微分求積混合法 83
5.3 數值算例 86
5.4 橫向伸縮變形及層間連續條件影響分析 90
5.5 復雜曲率多層復合曲梁二維彈性解 97
5.5.1 多層復合橢圓曲梁二維彈性解 97
5.5.2 多層復合拋物線曲梁二維彈性解 101
第6章 多層復合板三維彈性解 106
6.1 概述 106
6.2 基本方程 107
6.2.1 結構模型 107
6.2.2 直角坐標系下的三維譜-微分求積混合法 108
6.3 數值算例 111
6.4 橫向伸縮變形及層間連續條件影響分析 115
6.5 典型多層復合板三維彈性解及其分析 124
第7章 多層復合圓柱殼三維彈性解 132
7.1 概述 132
7.2 基本方程 133
7.2.1 多層復合圓柱殼結構模型 133
7.2.2 柱坐標系下的三維譜-微分求積混合法 134
7.3 數值算例 137
7.4 橫向伸縮變形及層間連續條件影響分析 139
7.5 典型多層復合圓柱殼三維彈性解及其分析 145
第8章 基于切比雪夫級數的高階分層理論 153
8.1 概述 153
8.2 基于切比雪夫級數的高階分層殼理論 155
8.2.1 初始位移場 155
8.2.2 應力和應變 157
8.2.3 能量方程 158
8.2.4 特征方程 158
8.3 基于切比雪夫級數的高階分層板理論 160
8.4 基于切比雪夫級數的高階分層梁理論 162
8.5 數值算例 164
8.5.1 多層復合梁算例 164
8.5.2 多層復合板算例 168
8.5.3 多層復合圓柱殼算例 175
參考文獻 177
附錄 184
附錄A：多層復合曲梁第k鋪層的剛度矩陣的詳細表達式 184
附錄B：多層復合板第k鋪層的剛度和質量矩陣的詳細表達式 185
附錄C：作者已發表的與本書內容相關的論文 187
展開全部
多層復合結構振動建模理論與計算方法 節選
第1章 緒論 1.1 多層復合材料結構概述 1.1.1 復合材料結構簡介 復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學手段，在宏觀上組成的具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同要求。復合材料作為新型結構材料，具有比剛度高、比強度大、可設計性能好等特點。隨著復合材料制造技術和各項性能指標的不斷提高，由復合材料制造而成的結構部件已廣泛應用于航空航天、汽車、船舶與海洋等工程領域。 復合材料通常有三種不同的類型。 （1）由纖維材料和基體材料復合而成的纖維增強復合材料。纖維材料通常是碳纖維或者玻璃纖維，機體主要是樹脂基有機材料。 （2）由宏觀顆粒材料和基體材料復合而成的顆粒復合材料。顆粒復合材料中的顆粒和基體可以是金屬的，也可以是非金屬的。因此，存在四種可能的組合：非金屬中的金屬、金屬中的非金屬、非金屬中的非金屬和金屬中的金屬。 （3）層壓復合材料。由不同材料層組成，包括前兩種類型的復合材料。 常見的復合材料結構有彌散增強結構、單向增強結構、多層復合結構、三維整體復合結構、混雜結構等幾大類。其中，多層復合結構由于其結構多樣性較好、參數可設計性強、性價比優等特點應用*為廣泛。多層復合結構是由兩層或兩層以上具有不同材料性質的鋪層通過物理或者化學手段，在厚度方向上按一定的排列順序鋪設形成的，各鋪層在材料性能上互相取長補短，從而滿足工程中的強度、剛度與抗爆抗沖擊等各種需求[1，2]。例如，可以根據船舶結構各部件的不同要求，通過選材（基體和增強材質材料類型、配方及成型工藝）、鋪層研究（纖維長短、鋪設方向）和結構選型等來實現船舶輕量化設計。再者，由異種材料層構成的多層功能復合結構存在許多層間界面，所施加于結構上的力就會通過強化劑傳遞給界面基體，然后通過增強材料與基體間的中間相阻尼、基體和增強材料的黏彈性阻尼等迅速將振動能轉變為熱能耗散掉，從而發揮出均質材料結構無法提供的優良減振降噪性能。 工程上常見的多層復合結構主要有纖維增強層合結構［圖1.1（a）］和夾層結構［圖1.1（b）］兩大類。纖維增強層合結構是由具有不同纖維鋪設角度的纖維增強復合材料層按一定工藝復合形成的高性能結構。該類結構*重要的特點在于結構宏觀和微觀的可設計性，即通過對基層組分的合理選擇和配置或者鋪層方式的調整，可以獲得滿足不同應用需求的結構性能參數，達到物盡其用。夾層結構通常由高密度、高剛度的面板、芯材、膠黏層構成。面板主要承載拉壓應力，芯材則由剛度和密度都較低的泡沫、橡膠或者蜂窩材料組成。芯材的作用是支撐面板使它們不會產生向內或向外的彎曲，彼此保持在相應的位置。芯材主要承載橫向剪切和垂直載荷[3]。在實際計算中，芯材通常利用力學等效模型簡化成各向同性或者異性材料層來計算。在夾層結構中，使用低密度芯材能夠在重量增加不大的情況下較大幅度地增大結構厚度，從而顯著提高結構的抗彎剛度。 圖1.1 兩種典型多層復合結構[4] 本書主要研究多層復合材料結構的結構動力學性能，下面對該類結構的特點和應用予以簡要介紹。 1.1.2 多層復合材料結構簡介 和傳統的單層均質結構相比，具有密度小、比剛度高、比強度大、隔熱、隔聲、耐腐蝕及優良的可設計性能等特點的多層復合結構在航空航天、水面艦船、水下航行器等領域具有得天獨厚的優勢。多層復合結構在航空航天領域應用*早、范圍*廣。例如，歐洲空客集團研制的 A380客機大量采用了 GLARE多層復合板（玻纖增強鋁合金多層復合板，見圖1.2），面積多達470m2，質量約占全機結構的3%。GLARE多層復合板與相應的鋁合金板相比可減重25%～30%，提高抗疲勞壽命10～15倍。波音公司推出的波音787客機的機體結構的一半左右都使用密度更小、比剛度更大、比強度更高的多層復合材料代替鋁合金。和其他傳統機型相比，先進復合材料的使用使得波音787客機更清潔、更安靜、更高效，其中，油耗和二氧化碳排放降低了20%，氮氧化物排放降低了28%。 圖1.2 A380客機大量采用的 GLARE多層復合板 復合材料具有比剛度高、比強度大、可設計性能好等特點，備受造船界重視。復合材料在海軍水面艦船上的應用始于20世紀40年代，*初僅用于制造巡邏炮艇甲板室[5]。20世紀90年代后，開始應用于艦船桅桿、煙囪、整體上層建筑等。隨著海洋資源的深入開發和利用，無論是軍事、民用，還是救援、執法方面的船只，都對其機動性、靈活性和經濟性提出了新的要求，特別是在武裝攻擊中，必須降低船艇的重量，以便在相同動力條件下獲得更高的有效載荷，并節約燃料、降低成本。復合材料密度小、比剛度高、比強度大，在制造輕質高強的船體結構方面有著巨大的優勢。例如，美軍采用碳纖維復合材料建造的“短劍”（Stiletto）號高速隱形試驗快艇大幅度實現了船只的整體輕量化，在艇長24.4m、寬12.2m的情況下，吃水僅0.9m，使快艇能夠輕易獲得較高航速；瑞典皇家海軍采用復合材料夾層結構建造的維斯比（Visby）級護衛艦實現減重30%左右[5]；瑞典使用碳、玻璃纖維混雜復合材料建造的“斯米格”（Simyge）號隱形試驗艇，通過艦船輕量化提高了航速，機動性能世界領先。此外，復合材料可設計性強，可以根據船舶不同部位的結構要求進行材料、鋪層和結構的優化設計，從而實現良好的減振降噪、抗爆抗沖擊性能。例如，德國 AIR公司研制的碳纖維環氧螺旋槳，比金屬槳推進效率提高了3%～10%，重量減少了25%～30%且具有較好的阻尼性能，能夠降低噪聲約5dB。目前，多層復合結構在海軍艦船上的應用還處于探索階段，但集合質量輕、耐腐蝕、雷達紅外隱身等優點的先進多層復合結構對當前和未來水面船舶和水下潛航器在提高安全性、隱蔽性和可靠性等方面具有重要意義。這類結構的開發受到各國海軍的高度重視，美國、英國、俄羅斯和意大利等海軍科技發達國家都制定了相應的技術開發和應用計劃，并在艦船上推廣使用[5]。美國海軍新一代多用途對地打擊宙斯盾艦——朱姆沃爾特級驅逐艦（DDG1000，滿載排水14564t）的整個上層建筑、機庫、甲板艙室和周邊垂直發射系統全部由質量輕、比剛度高、比強度大、隔熱的碳纖維/乙烯基酯/巴爾薩芯三明治夾芯結構制成（圖1.3）。先進多層復合結構的使用極大地減輕了艦體上層結構重量，降低了結構重心，保證了較高的航速[5]。碳纖維/乙烯基酯/巴爾薩芯三明治夾芯結構還具有耐腐蝕的優點，可使艦船全壽命周期維修成本大大降低。此外，該艦的上層建筑和大型隱身雷達天線罩外層均采用高強度的纖維增強層壓結構材料，中部填充分層泡沫夾芯材料，具有較好的隱身效果，使其擁有潛艇般的隱身性——在海上作業時被發現的概率遠低于10%[5]。 圖1.3 美軍DDG1000艦整合式復合材料艦島 近年來，具有優良吸隔聲及抑振性能的多層復合消聲覆蓋層的設計和開發一直是各國海軍關注的熱點。消聲覆蓋層（圖1.4）主要用于潛艇的非耐壓殼體外表面，能夠大幅度吸收敵方探測聲的聲能量，顯著降低本艇的聲目標特性，從而提高潛艇的聲隱身性能和生存能力，已被世界各海軍強國廣泛采用[6]。美國主要采用正 N互穿網絡橡膠和金屬構成的層狀復合吸聲結構，可使3kHz時聲強級降低25dB。日本主要采用抓丁橡膠及分層復合預制型消聲瓦，為達到逐步過渡的目的，每層材料的聲阻抗是上一層的1.5～3倍[6]。多層復合結構還應用于潛艇的各種結構，包括螺旋槳葉片、潛望鏡、導流罩、指揮臺圍殼等[7]。例如，多層復合螺旋槳葉片一般由纖維增強復合材料和不銹鋼薄層復合而成。纖維層中纖維可以沿葉片的不同方向進行敷設以減少應力集中。不銹鋼薄層可以保護葉片梢部免受強烈的沖擊。 圖1.4 高性能多層復合消聲覆蓋層 可以預見，隨著材料科學的發展和加工制造技術的成熟，多層復合結構在未來將會越來越廣泛地用來建造工程結構系統和設備。 1.2 多層復合結構振動建模理論 關于結構力學建模研究可以追溯到18世紀。1750年，Leonhard Euler 和 Daniel Bernoulli 提出了經典梁理論并大范圍用于指導埃菲爾鐵塔和摩天輪的建造。1876年，G. R. Kirchhoff在假設“①中面法線在板發生彎曲時，仍保持直線且垂直中面；②在橫向荷載作用下發生小撓曲時，板的中面不受拉伸”的基礎上創造性地提出了經典薄板理論。與此同時， A. E. H. Love在1888年建立了薄殼理論。經典板殼理論實質上是經典梁理論的二維拓展。該理論忽略了結構內部的橫向剪切和伸縮變形的影響，因此在中厚板殼和厚板殼方面無法滿足計算精度要求。20世紀30年代，R. D. Mindlin在 Kirchhoff經典理論的基礎上進一步考慮了結構變形時產生的橫向剪切變形，提出了中厚板理論。這兩大理論構成了傳統板結構理論體系的兩大支柱，一直沿用至今，并拓展應用到殼體結構上。傳統的結構建模理論都是針對單層均質材料結構提出的，并不能直接用于多層復合結構的建模計算。和金屬等單一材料結構相比，復合材料的多樣性和鋪層方式的復雜性給多層復合結構的理論建模提出了新的挑戰。各國學者經過長期研究，發展了建模精度和計算效率各不相同的多種理論。由于篇幅限制，本節僅簡要綜述應用較廣的幾種理論。 目前，多層復合結構建模理論主要有：基于 Kirchhoff-Love假設的經典層合理論（classical laminated theory，CLT）、考慮橫向剪切變形和轉動慣量的剪切變形層合理論（shear deformation laminated theory，SDLT）、鋸齒理論（zig-zag theory，ZZT）以及三維層合理論[8-14]。 1.2.1 經典層合理論 基于 Kirchhoff-Love假設的經典層合理論是經典結構理論對多層復合結構相關問題的直接應用[15-34]。經典層合理論以 Kirchhoff-Love的下列四個假設為基礎： （1）結構的總厚度遠小于結構的其他維度，如長、寬、主曲率半徑等； （2）變形前垂直于結構中曲面的直線在變形后仍然保持直線，且長度沒有變化； （3）結構的橫向正應力相對其他應力分量可以忽略不計； （4）變形后，結構中曲面橫法線仍然垂直于中面。 根據 Kirchhoff-Love假設，經典層合理論的初始位移場形式如下： （1.1） 式中，u0，v0，w0代表結構中曲面各坐標方向上的位移分量；為結構一般的幾何坐標系坐標變量。從式（1.1）可以看出，對于結構非中曲面上的任意點，經典層合理論僅用結構對應中曲面上的點的三個位移分量來描述，從而將結構從三維降為二維（或者一維）來計算。這一理論位移形式簡單，位移變量少，計算效率高，但它忽略了橫向剪切變形以及轉動慣量對結構振動的影響，僅適用于較薄多層復合結構低頻振動問題的建模計算。對于中厚和較厚多層復合結構，由于結構剪切模量小，存在較大的剪切變形，因而經典層合理論計算結果的精度非常低。即便是較薄的多層復合結構，當構成材料的橫向彈性模量較小時，橫向變形不容忽視，該理論的建模偏差急劇增加[19]。此外，經典層合理論也不滿足位移和橫向應力層間連續條件。總體而言， Kirchhoff-Love假設相當于在結構上施加了一定附加剛度，以限制結構發生剪切變形。因此，基于該理論計算的結構頻率參數一般比真實值高。如圖1.5所示，本書作者詳細比較了不同厚長比下固支三明治夾芯方板基于經典層合理論和一階剪切變形層合理論的計算結果與三維彈性解的偏差情況。可以發現，即使結構很薄時（厚長比 h/a為0.01），基于經典層合理論計算的第1、5、10階固有頻率的偏差分別超過了30%、50%、110%。
書友推薦
- >
朝聞道
- >
中國人在烏蘇里邊疆區:歷史與人類學概述
- >
唐代進士錄
- >
小考拉的故事-套裝共3冊
- >
經典常談
- >
二體千字文
- >
巴金－再思錄
- >
伯納黛特,你要去哪(2021新版)
本類暢銷
