濕熱條件下具損傷壓電層合結(jié)構(gòu)的非線性靜動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、本論文以壓電智能層合結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,綜合考慮濕熱效應(yīng)、幾何非線性和壓電效應(yīng)等因素,系統(tǒng)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(kuò)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(kuò)展問(wèn)題,深入地揭了示其力學(xué)行為的本質(zhì)特征。本論文的研究成果不僅具有較重要的學(xué)術(shù)價(jià)值,也具有較強(qiáng)的工程應(yīng)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(kuò)展問(wèn)

2、題?；诳蓜?dòng)邊界變分原理,建立了具脫層壓電層合梁的非線性平衡方程及相應(yīng)的定解條件。應(yīng)用Griffith準(zhǔn)則,建立了脫層前緣的能量釋放率表達(dá)式。在數(shù)值分析中,將方程的未知函數(shù)在空間上應(yīng)用有限差分法離散,將所有非線性項(xiàng)線性化,整個(gè)問(wèn)題采用迭代法求解。數(shù)值算例中,具體討論了電壓、溫度和濕度的改變、脫層長(zhǎng)度和深度等因素對(duì)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(fù)合材料鋪設(shè)層內(nèi)的損傷效應(yīng),在有限變形條件下,對(duì)

3、具損傷壓電層合圓柱殼的分岔與混沌特性進(jìn)行了研究。采用Galerkin截?cái)嗉夹g(shù),并引進(jìn)新的狀態(tài)變量,綜合應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)中的近代分析方法,對(duì)具損傷效應(yīng)的壓電層合圓柱殼所構(gòu)成的復(fù)雜非線性動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了定性分析,得到了分岔圖、Poincare映射、時(shí)間歷程曲線和相平面軌跡等,揭示出其豐富的非線性力學(xué)行為,并考察了濕熱效應(yīng)、損傷參數(shù)和外部電荷載對(duì)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(xué),建立了一個(gè)與應(yīng)力球張量有關(guān)

4、的正交各向異性材料的混合硬化屈服準(zhǔn)則,該準(zhǔn)則無(wú)量綱化后與各向同性材料的Mises準(zhǔn)則同構(gòu),進(jìn)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(gòu)方程?；诮?jīng)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(yīng)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(chǔ)上,應(yīng)用J積分理論,研究了彈塑性層合結(jié)構(gòu)脫層前緣擴(kuò)展問(wèn)題。數(shù)值算例中,討論了壓電效應(yīng)、濕熱條件,脫層長(zhǎng)度和深度等因素對(duì)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(gòu)關(guān)系,考慮脫層間的接觸效應(yīng),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(yùn)動(dòng)方程。此外,以彈塑性斷裂理論為基礎(chǔ),應(yīng)用J積分原理,求得脫層前緣的能量釋放率,根據(jù)Paris疲勞裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則,得到循環(huán)荷載作用下脫層前緣的脫層擴(kuò)展率,然后應(yīng)用循環(huán)跳躍法計(jì)算出脫層前緣的擴(kuò)展長(zhǎng)度。在數(shù)值分析中,將方程的未知函數(shù)在空間上應(yīng)用有限差分法離散,在時(shí)間上采用New