【摘 要】
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夹层结构因具有较高的比刚度和比强度,且可实现隔声、隔震及隔热等优点,被广泛应用于航空、航天、建筑及交通运输等领域。计算夹层梁的力学性能的经典模型基于平截面假设和横向
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夹层结构因具有较高的比刚度和比强度,且可实现隔声、隔震及隔热等优点,被广泛应用于航空、航天、建筑及交通运输等领域。计算夹层梁的力学性能的经典模型基于平截面假设和横向不可压缩假设,这种假设限制了梁的真实响应。有限元方法能很好的克服经典方法的不足,但对复杂系统的网格处理,工作量将过于繁重甚至不可接受。目前还没有一种既能很好的克服经典模型的不足,又能方便快捷的处理夹层结构的模型。
本文从以下几个方面探讨一种求解夹层梁力学性能的新模型:
(1)针对常用来求解三层夹层梁的经典方法的不足:平截面假设和横向不可压缩假设,提出了新的理论假设,建立一种新型的2结点16自由度夹层梁单元模型。将本文模型的静力学数值结果与经典的欧拉梁的理论解及三维有限元的结果进行了比较,验证了本文模型的高精度和有效性。
(2)根据经典有限元处理过程,得到了本文模型的单元质量矩阵,采用Rayleigh阻尼得到阻尼矩阵,并对夹层梁的动力学特性及时域动力响应进行了求解。将本文模型的振动特性结果与已有文章模型的结果及三维有限元结果进行了比较,验证了本文方法的有效性。
(3)使用本文模型,研究了夹层梁总厚度不变,夹心层的比例对夹层梁静力学及振动特性的影响;探讨了夹心层的材料的弹性模量对夹层梁的静力学及振动特性的影响;最后分析了冲击载荷作用下,夹层梁的动力学响应。
数值结果表明:本文模型能克服经典夹层梁模型的不足,能准确的描述夹层梁的非平截面变形和横向压缩效应;具有三维有限元方法的精度,但网格的处理比三维有限元方法简便实用。
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