濕熱條件下具損傷壓電層合結構的非線性靜動力學分析.pdf

1、本論文以壓電智能層合結構為研究對象,綜合考慮濕熱效應、幾何非線性和壓電效應等因素,系統地研究了濕熱條件下具脫層壓電層合梁的后屈曲及脫層擴展、具損傷壓電層合圓柱殼的分岔與混沌、具脫層壓電層合梁在軸向載荷和橫向循環(huán)載荷下的彈塑性后屈曲及脫層擴展問題,深入地揭了示其力學行為的本質特征。本論文的研究成果不僅具有較重要的學術價值,也具有較強的工程應用意義。本論文的主要研究工作如下。
　　 研究濕熱條件下具脫層壓電層合梁的后屈曲及脫層擴展問

2、題?；诳蓜舆吔缱兎衷?建立了具脫層壓電層合梁的非線性平衡方程及相應的定解條件。應用Griffith準則,建立了脫層前緣的能量釋放率表達式。在數值分析中,將方程的未知函數在空間上應用有限差分法離散,將所有非線性項線性化,整個問題采用迭代法求解。數值算例中,具體討論了電壓、溫度和濕度的改變、脫層長度和深度等因素對具脫層壓電層合梁的后屈曲性能以及脫層前緣能量釋放率的影響。
　　 考慮復合材料鋪設層內的損傷效應,在有限變形條件下,對

3、具損傷壓電層合圓柱殼的分岔與混沌特性進行了研究。采用Galerkin截斷技術,并引進新的狀態(tài)變量,綜合應用非線性動力學中的近代分析方法,對具損傷效應的壓電層合圓柱殼所構成的復雜非線性動力系統進行了定性分析,得到了分岔圖、Poincare映射、時間歷程曲線和相平面軌跡等,揭示出其豐富的非線性力學行為,并考察了濕熱效應、損傷參數和外部電荷載對具損傷壓電層合圓柱殼分岔與混沌特性的影響。
　　 基于彈塑性力學,建立了一個與應力球張量有關

4、的正交各向異性材料的混合硬化屈服準則,該準則無量綱化后與各向同性材料的Mises準則同構,進而建立了混合硬化正交各向異性材料的增量型彈塑性本構方程。基于經典非線性板理論,考慮濕熱條件、橫向剪切變形、幾何非線性和壓電效應的影響,建立了軸向載荷作用下具脫層壓電層合梁的增量型非線性平衡方程。在此基礎上,應用J積分理論,研究了彈塑性層合結構脫層前緣擴展問題。數值算例中,討論了壓電效應、濕熱條件,脫層長度和深度等因素對具脫層壓電彈塑性層合梁脫層前

5、緣能量釋放率的影響。
　　 基于混合硬化正交各向異性材料的增量型彈塑性本構關系,考慮脫層間的接觸效應,建立了橫向循環(huán)荷載作用下的具脫層壓電層合梁的增量型非線性運動方程。此外,以彈塑性斷裂理論為基礎,應用J積分原理,求得脫層前緣的能量釋放率,根據Paris疲勞裂紋擴展準則,得到循環(huán)荷載作用下脫層前緣的脫層擴展率,然后應用循環(huán)跳躍法計算出脫層前緣的擴展長度。在數值分析中,將方程的未知函數在空間上應用有限差分法離散,在時間上采用New