船舶與海洋工程中復合材料板構件的非線性振動和動力響應.pdf

1、纖維增強復合材料是由基體和高性能的纖維材料根據(jù)實際需要組合而成的一種復合材料，功能梯度材料則是由陶瓷和金屬復合而成的一種新型非均勻復合材料，這兩種材料在船舶和海洋工程中有極為廣闊的應用前景，所以對由這兩類材料構成的板結構在復雜環(huán)境和復合載荷作用下的非線性振動和動力響應的分析有重要的理論與應用價值。 本文的研究工作主要包括：(1)基于Reddy高階剪切變形理論和廣義Kármán方程，提出了復合材料層合板非線性振動和動力響應分析的攝

2、動-Galerkin混合法的漸近解，分析了彈性基礎上纖維增強復合材料板結構在預加面內(nèi)力作用下的非線性振動和動力響應；(2)討論了濕熱環(huán)境對材料物性參數(shù)依賴于溫度和濕度變化的纖維增強復合材料板結構非線性振動和動力響應的影響；(3)分析了含壓電層的纖維增強復合材料板結構在熱/電/機復合荷載作用下的非線性自由振動和強迫振動特性；(4)研究了熱環(huán)境下材料物性參數(shù)受溫度變化影響的功能梯度材料板結構的非線性振動和動力響應；(5)討論了表面粘貼壓電層

3、的功能梯度材料板結構在熱/電/機復合荷載作用下的非線性振動和動力響應特性。 本文首先基于Reddy的高階剪切變形理論和廣義Kármán型方程，建立了復合材料板結構非線性振動的控制方程，給出了復合材料板結構非線性振動和動力響應分析的攝動-Galerkin混合法的漸近解，為本文的研究工作提供了高效可靠的數(shù)值分析手段。 接著，重點分析了置于彈性基礎上的纖維增強復合材料板結構在預加面內(nèi)力及橫向動荷載作用下的非線性性振動和動力響應

4、，分析中考慮了面內(nèi)邊界可移和不可移兩種情況，通過參數(shù)分析討論了彈性基礎剛度、預加面內(nèi)力、長寬比、寬厚比、舖層數(shù)、舖設角及面內(nèi)邊界條件等因素對非線性振動和動力響應的影響。基于Tsai和Hahn的層合板細觀-宏觀力學模型，研究了濕熱環(huán)境下物性參數(shù)受濕熱環(huán)境影響的纖維增強復合材料板結構的非線性振動特性，分析了溫度和濕度、纖維體積含量及舖層數(shù)非對非線性振動和動力響應的影響，指出了高溫和潮濕環(huán)境下必須考慮溫度、濕度變化對層合板物性參數(shù)的影響。

5、 對表面粘貼或中間內(nèi)埋壓電層的纖維增強復合材料混合板結構，研究了其在熱/電/機復合荷載作用下的非線性振動和動力響應特性。分析中假定溫度沿層合板厚度方向分層線性變化，控制電場為均勻電場，且只作用于壓電層的厚度方向。通過參數(shù)分析討論了混合板在電/機荷載作用下的非線性振動和動力響應特性。 對功能梯度材料(FGM)板結構，研究了其在熱傳導和熱/機荷載作用下的非線性振動和動力響應。假定功能梯度材料的物性參數(shù)依賴于溫度變化，溫度只沿厚度

6、方向變化，且由熱傳導方程和熱邊界條件確定。通過參數(shù)分析研究了溫度變化、材料組份指數(shù)等因素對FGM板非線性振動和動力響應的影響，并將考慮與不考慮溫度變化對材料物性參數(shù)影響的非線性動力特性作了比較，指出了高溫環(huán)境下必須考慮溫度變化對FGM材料物性參數(shù)的影響。最后研究了表面粘貼壓電層且物性參數(shù)隨溫度變化而變化的FGM混合板結構在熱傳導和熱/電/機復合荷載作用下的非線性自由振動和強追振動特性。根據(jù)熱傳導方程、熱邊界條件及連續(xù)條件計算了混合板的溫

7、度分布。通過參數(shù)分析研究了混合板非線性振動和動力響應的特點，指出了高溫環(huán)境下考慮溫度變化對FGM材料物性參數(shù)影響的必要性。 基于本文理論分析結果和所提出的攝動-Galerkin法，用FORTRAN語言編制了相應的數(shù)值分析程序包，在上述研究領域內(nèi)給出了大量首次發(fā)表的計算分析結果。 本文研究成果有助于推動纖維增強和功能梯度復合材料板結構的非線性振動和動力響應的研究，對此兩類復合材料板結構在船舶和海洋工程中的推廣應用具有重要的