具脱层层合结构的非线性动力学建模、理论分析与实验研究

本项目以具脱层层合结构为研究对象，基于现代非线性动力学理论对具脱层层合结构开展非线性动力学建模、理论分析和实验研究。一方面从计算分析建模、理论分析方法与结果、实验研究等方面，探索具脱层层合结构特有的非线性动力学现象和特性,并探讨脱层层在、脱层参数、脱层接触效应等因素对系统分岔、混沌等非线性动力动态行为的影响；另一方面通过对具脱层层合结构非线性动力学的研究发现一些新的力学现象和规律，探索其机理，寻求该复杂非线性系统新的分析方法和手段。项目的研究将揭示具脱层损伤层合结构独特的非线性动力学特性，并从力学模型的建立、理论分析、求解方法和实验研究等方面丰富和发展复合材料层合结构非线性动力学，为现代复合材料层合结构的工程设计以及安全评定提供基于非线性动力学知识的理论依据。

复合材料层合结构具有比强度高、比刚度大、抗疲劳和抗振性能好、材料性能可设计等一系列无法比拟的优点，其工程领域得到了越来越广泛的应用。然而由于加工工艺的限制和外部因素的影响复合材料层合结构在制造和使用过程中极易产生脱层损伤。此外在实际工程应用中，复合材料层合结构一般具有轻型化和柔性化的特点，在外载作用下，其变形往往具有几何非线性特征。因此为了解复合材料层合结构在存在脱层时的线性和非线性静、动力学特性，本项目课题组从以下几方面进开展了相关研究工作。(1) 建立了脱层层合结构的理论分析模型，研究了脱层层合结构的脱层扩展，稳定性，线性和非线性动力学问题；（2）研究了脱层参数对脱层层合结构线性和非线性静动力学特性的影响；（3）对脱层层合梁进行了动力学特性试验研究，调查了脱层参数对脱层梁非线性动力学特性的影响，揭示了脱层梁一些特有的非线性动力学特性。项目实施过程中，其主要成果有：.首先，采用四分区模型，建立了脱层层合梁的非线性运动控制微分方程，研究了脱层梁的线性振动，主共振，超谐共振，亚谐共振，分叉和混沌等行为。研究表明脱层参数对脱层梁的振动模态和频率，以及脱层梁的主共振、超谐共振以及分岔和混沌行为都有重要影响。其中脱层长度对脱层梁动力学行为的影响要大于脱层深度对其系统动力学行为的影响。.其次，利用三分区模型，基于变分原理，建立了脱层层合圆板的运动控制微分方程，研究了脱层层合圆板的后屈曲行为，线性和非线性动力学特性问题。研究表明研究在一定的脱层深度下，随着脱层区域的增大，脱层屈曲荷载急剧减小。同时研究还表明随着脱层半径增大，脱层圆板的振动频率降低，脱层圆板可以在更低的外激励频率下产生共振行为，并表现出更强的硬弹簧属性。此外，研究还表明脱层参数也会对脱层圆板分岔和混沌产生重要影响。. 再者，设计了脱层层合梁的动力学特性实验装置，开展了脱层层合梁的非线性动力学实验。实验表明，脱层层合梁与无脱层复合材料层合梁一样存在诸如分叉，倍周期，混沌等非线性动力学行为；脱层长度的增大会降低脱层梁产生倍周期和混沌行为的外激励阀值。. 此外，还研究了具脱层层合圆柱壳在的非线性动力学响应，探讨了不同脱层参数对系统非线性动力响应的影响。. 本项目对脱层结构的线性、非线性静动力学问题开展了理论和实验研究，揭示了脱层结构的一些线性和非线性静动力学特性，可为今后具脱层结构相关工程应用和研究提供