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工《程力学》增刊 1999年
液面上复合材料板的非线性动力响应.
唐文勇 张圣坤 陈铁云
(上海交通大学船舶与海洋工程学院,上海 200030)
提 要 导出置于液面上的复合材料迭层板变形时流体作用力的近似表达式;由Hamilton原理建立
考虑横向剪切变形以及流固藕合效应时迭层板的非线性动力方程;采用Park差分公式求解了板的非线性
流固祸合动力响应:讨论了不同载荷类型下流场深度及几何非线性对动力响应的影响。
关越词 复合材料,迭层板,流固摇合,非经性动力响应
1引 言
目前分析复合材料结构流固祸合动力问题的文献很少,且绝大多数采用纯数值方法,
如Ramachandral]用有限元方法分析了均布阶跃载荷作用下夹层板的流固祸合动力响应:
项晨、郭兆璞等fZ31将有限元及边界元相结合,分析了复合材料船体加筋板的流固辐合振
动及响应;作者亦分析过液面上复合材料板的线性流固祸合动力响应0。这些研究基本限
于线性问题,没有涉及复合材料结构的非线性流固藕合动力问题。本文将在文献[41的基
础上,分析置于液面上的复合材料板的非线性流固拐合动力响应。由于三维流场方程与结
构响应的藕合求解有较大困难,本文分析仅针对处于平面应变状态下的复合材料迭层板,
这样流场可以简化为二维问题进行求解。
2流固祸合动力方程及流体动压力
2.1分析模型
如图 1所示置于液面上的迭层复合材料 价 一 卜
板,假定其Y方向的一边较长,板近似处于 厄 能
、
平面应变状态而可简化为单位宽度的板条梁
结构进行分析。设板长为21,厚度为h,流
场深度为H,坐标原点位于中点处,x轴位于
液面上。取液面与板的中性面重合,这不影
图1置于液面上的复合材料迭层板
响流体作用力的推导.每一单层板纤维与x
轴的夹角记为91,采用一阶剪切变形理论,则板的位移场可设为:
唐文勇,男,1970.9出生,工学博士,讲师
国家自然科学鉴金资助项目
引6 工《程力学》增刊 1999年
u(x,z,t)=u(x,t)+za(x,t),w(x,z,t)=峨x,t) (1)
式中,u,w是中面位移,a为中面法线绕Y轴的转角。几何关系及中面应变、曲率分别为:
AV ,。、at 1(,v) . die
Ya=a+- ;心一=二一十-1- 1.Kr=- (2)
:,=s}0(I+zk},
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记流体与板条梁之间的流固祸合作用力为4r,并将其作为外力处理,则可由Hamilton
原理得到非线性动力方程为
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式中各刚度系数为:
(Au,Bu,Du)
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