The emergence of smart composite materials makes it possible for the integrated design of a structure-function-information system. It also brings a great improvement in many scientific and engineering fields, such as in aeronautics and astronautics, civil engineering, and mechanics. To study the performance of smart composite materials, the multi-field coupling dynamic analysis is very important. Based on the multi-field coupling wave theory, the dynamic characteristics and transient responses of laminated composite cylindrical shells are analyzed in this project by the method of reverberation-ray matrix (MRRM). The formulations of the MRRM under the cylindrical coordinates along with the radial direction are newly derived. Combined with the state space method, the dynamic equations for a composite cylindrical shell are derived, and the wave solutions under the symplectic system are obtained by performing the integral transforms. The weak interface of composite cylindrical shells is also considered. The influences of geometric parameters, locations of the weak interface and composite laying styles on dynamic performances of smart cylindrical shells are investigated. By using the two-scale expansion method, the multi-field dispersion charateristics and dynamics responses of cylindrical shells with wrinkled surface/interface are also studied here. It is hoped that the present research can be helpful not only for the functional design of the smart cylindrical shell structures, but also for its nondestructive tests.
智能复合材料的出现使结构-功能-信息集成化设计成为现实,给航空航天、土木、机械等众多领域带来了全新的发展空间,因此开展复合材料结构在多场耦合作用下的动力学问题研究具有重要的科学和工程意义。本项目将基于多场耦合弹性波动学理论,采用回传射线矩阵法分析工程中常用的叠层复合圆柱壳结构的动力性能和瞬态响应。将首次建立沿圆柱坐标系径向的回传射线矩阵列式,结合状态空间法推导出考虑多场耦合的复合圆柱壳控制方程,联合积分变换求解出符合辛体系的波动通解。建立多场耦合情况下的弱界面模型,分析几何尺寸、弱界面存在及其位置、复合材料铺设方式等对智能圆柱壳动力特性和多场耦合效应的影响,考察圆柱壳因生产工艺等出现几何非完美表面/界面的情况,拟结合二尺度展开法和回传射线矩阵法分析有皱褶表界面的柱壳结构在多场耦合作用下弥散特性、瞬态响应的变化。上述研究可为智能圆柱壳结构的功能性设计、使用、检测评估等提供理论参考。
智能复合材料能同时满足结构性、功能性和信息传递等需求,给航空航天、土木、机械等众多领域带来了全新的发展空间,因此开展复合材料结构在多场耦合作用下的动力学问题研究具有重要的科学意义。本项目基于精确的三维弹性/压电弹性/压电磁弹性理论,结合状态空间法推导出多场耦合作用下智能复合圆柱壳的控制方程,建立并发展了回传射线矩阵法沿圆柱径向坐标的求解列式,精确分析智能复合圆柱壳在力-电-磁多场耦合作用下的波动特性。考察圆柱壳因生产工艺等出现几何非完美表面/界面的情况,建立多场耦合情况下的弱界面和非完美表面模型,分析几何尺寸、弱界面存在及其位置、复合材料铺设方式、非完美表面参数等对智能复合圆柱壳动力性能的影响。考虑任意径向外荷载的作用,得到圆柱坐标系下基于回传射线矩阵法的理论分析体系,以及结构的动力特性和瞬态响应。最后,将回传射线矩阵法所得的精确波动分析应用于结构的无损检测技术,并进行梁结构呼吸裂缝的无损检测实验。通过本项目研究,最终为智能圆柱壳结构的功能性设计和检测评估等提供参考。
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数据更新时间:2023-05-31
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