【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维增强复合结构，具体为纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法。
技术介绍
1、纤维增强复合材料由于其具有比模量、比强度高，质量轻，加工工艺性好等诸多优点，由其加工的复合梁、板、壳等结构被广泛应用于汽车化工、航空航天等高科技工业领域中。由于使用结构越来越复杂，工作环境越来越恶劣，因此引起的一系列振动问题(如结构的振动超标，振动疲劳破坏等)也越发严重。因此对于薄壁复合结构振动特性的研究，也越来越受到研究学者们的广泛关注。
2、固有特性的研究包括固有频率和模态振型两个部分，他们是振动特性研究的基础。目前，壳结构的广泛工程应用，引起了国内外研究人员对该结构进行深入研究的极大兴趣，并发展了许多研究其固有特性的方法，并取得了阶段性的成果。其中，张德众基于经典层合理论，利用半有限元分析的方法，对于叠层复合薄壳进行了自由振动的分析。tong基于donnell型方程，求解了拉弯耦合的复合锥壳的固有特性。朱显明等基于donnell壳体理论及幂指数求解的方法，通过在金属圆柱壳模型中引入半锥角的方法，求解了金属圆锥壳的振动特性。liang s基于四阶龙格-库塔法推导理论方程，从理论上探讨了利用传递矩阵法结合振动理论进行分析壳体固有特性的可行性。tripathi v等基于高阶剪切变形理论，求解了不同层压方案和厚径比下简支复合圆锥壳线性自由振动响应及固有特性，并通过文献及独立的蒙特卡罗模拟加以验证。quy等基于一阶剪切变形理论，采用改进的变分原理和多段划分技术推导了具有不同几何参数和材料参数的层合圆柱壳、圆锥壳和球壳的自由
3、从所掌握的文献研究内容可发现，目前对于壳类结构固有特性的研究，主要集中在各向同性材料以及功能梯度三明治所制成的圆柱壳上，而对于各向异性的纤维增强截顶圆锥壳结构固有特性的研究内容相对较少，且大都没有进行实验研究。纤维增强截顶圆锥壳所用材料存在各向异性的特点，同时由于半锥角的存在，使得其本构关系更加复杂，这使得准确预测其固有特性更加的困难。
技术实现思路
1、本专利技术提出了纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，该方法具有原理清晰、适用性广、计算速度快等优点，可为工程实践中相应结构的固有特性预测提供指导和参考。
2、本专利技术提供纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，包括以下步骤：
3、确定由n层正交各向异性的复合材料交替铺设的纤维增强复合材料截顶圆锥壳的尺寸参数及材料参数；
4、根据纤维增强复合材料截顶圆锥壳的尺寸参数及材料参数，利用半锥角变换原理建立纤维增强复合材料截顶圆锥壳的结构；
5、根据纤维增强复合材料截顶圆锥壳的结构，并依据经典壳体理论建立纤维增强复合材料截顶圆锥壳的面位移分量方程，将其代入到薄壳动能公式中，得到纤维增强复合材料截顶圆锥壳的动能表达式；
6、建立纤维增强复合材料截顶圆锥壳的应力应变公式，并将其代入到由板壳振动理论所建立的应变能公式中，得到纤维增强复合材料截顶圆锥壳的应变能表达式；
7、根据纤维增强复合材料截顶圆锥壳的动能表达式、应变能表达式，建立能量函数表达式，以能量函数取最小值为原则，采用rayleigh-ritz法求解纤维增强复合材料截顶圆锥壳的固有频率。
8、进一步地，依据经典壳体理论所建立的所述纤维增强复合材料截顶圆锥壳的面位移分量方程，如下：
9、
10、其中，u、v、w分别代表截顶圆锥壳任意一点的位移；
11、n为截顶圆锥壳的周向波数，ω为复合材料截顶圆锥壳的固有频率；
12、u为x方向上的振型函数；v为θ方向的振型函数；
13、w为z方向上的振型函数。
14、进一步地，所建立的所述纤维增强复合材料截顶圆锥壳的应力应变公式，包括：
15、对于正交各向异性材料，其应力应变的关系为：
16、
17、其中，γ12为12方向上的应变；ε1为1方向上的应变；ε2为2方向上的应变；σx为x方向上的应变；σy为y方向上的应变；σxy为xy面内的应变；
18、为材料常数，i＝1,2,6，j＝1,2,6；
19、其中，q11的表达式为q12的表达式为
20、q22的表达式为q66的表达式为q66＝g12；g12为面内剪切模量；
21、其中，μ1、μ2分别为不同方向的泊松比，且
22、当材料与主轴方向有一定的夹角时，第k层平面的应力应变关系在其夹角β下的关系为：
23、
24、其中，为引入半锥角系数的材料常数，i＝1,2,6，j＝1,2,6；
25、其中的表达式分别为：
26、
27、其中，βk为纤维铺层夹角；
28、根据love壳体理论，以及圆柱壳的半锥角变换原理，得到应力应变公式：
29、其中，εx为x方向的正应变，εθ为θ为圆周方向的正应变，γxθ为面应变，kx为x方向的曲率，kθ为θ圆周方向的曲率，kxθ为面扭转本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于：依据经典壳体理论所建立的所述纤维增强复合材料截顶圆锥壳的面位移分量方程，如下：
3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于：所建立的所述纤维增强复合材料截顶圆锥壳的应力应变公式，包括：
4.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于：所述薄壳动能公式为：
5.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于：所述采用Rayleigh-Ritz法求解纤维增强复合材料截顶圆锥壳的固有频率，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于：依据经典壳体理论所建立的所述纤维增强复合材料截顶圆锥壳的面位移分量方程，如下：
3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料截顶圆锥壳固有特性的分析方法，其特征在于：所建立的所...
【专利技术属性】
技术研发人员：许卓，初晨，许沛尧，姚楠，孙嘉骏，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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