含MFC智能层的复合材料层合板自由振动研究

在一阶剪切变形板理论的基础上,提出一种考虑之子函数影响的位移场。根据给定的位移场,利用瑞利-里兹法和切比雪夫多项式,考虑机电耦合特性,分别求出含有智能压电宏观纤维复合材料层(macro fiber composite,简称MFC)的碳纤维增强复合材料层合悬臂板在开路与通路两种电学边界条件下自由振动的固有频率,讨论不同铺层方式、宽厚比、长宽比以及不同的外电压状态下,MFC智能层对碳纤维增强复合材料层合板固有频率的影响。研究结果表明,MFC智能层对所研究系统的固有频率影响显著,可以通过控制MFC智能材料的通电电压来实现对复合材料层合板振动特性的控制。     

复合材料层合板力学性能试验研究

使用DDL300微机控制电子万能试验机,研究了复合材料层合板力学性能试验方法,得到了某无人直升机旋翼桨叶层合板试件的拉伸、压缩和纵横剪切参数。这种复合材料层合板力学性能试验、数据处理方法和试验步骤可以为其它复合材料层合板的力学性能试验提供借鉴。     

复合材料层合板基于遗传算法的可靠性优化设计

采用遗传算法对复合材料层合板的可靠性优化问题进行了分析。本文研究的算例中 ,在层合结构总厚度一定的情况下 ,以复合材料层合板的系统可靠性指标最大为目标函数 ,对复合材料的纤维方向角或相对厚度进行了优化设计。可靠性分析中 ,采用一次二阶矩法 (FORM)和Tsai Wu准则分析层合板结构的失效概率。算例阐明了遗传算法应用于层合板结构可靠性优化设计的有效性。     

基于形状的复合材料层合板振动主动控制研究

根据Hamilton原理,建立了覆盖压电传感器／激振器的复合材料层合板的运动方程．并借助于压电方程、层合板理论得到了压电传感器、激振器的输出与输入方程。根据压电片随机布置产生的控制效果来确定最优整体压电片的形状。最后给出了计算实例,结果表明把压电片布置在靠近固定端和沿轴向布片为最优位置,可以达到比整体布片更优的控制效果。     

单向拼接复合材料层合板的抗拉强度研究

碳纤维增强树脂基复合材料层合板具有较高的抗拉强度,复合材料结构设计中会遇到含铺层拼接的层合板的问题,需要考虑拼接对层合板力学性能的影响。因此建立交错拼接单向层合板的力学模型,对其层间应力和承载能力进行分析,得到单向层合板拼接位置的层间应力分布和抗拉强度的解析解,并提出有效拼接长度的概念,可用于交错拼接层合板的设计。并建立不同拼接长度的交错拼接单向层合板模型,计算得到层间应力分布,并采用渐进损伤方法预测抗拉强度,解析解和有限元方法的强度预测结果均与试验结果具有较好的一致性。含交错拼接单向层合板拼接位置的层间切应力和抗拉强度决定于材料刚度、单层厚度、界面厚度和拼接长度。     

复合材料层合板T型连接结构的渐进损伤分析

以复合材料层合板典型的T型连接结构为研究对象,采用含渐进损伤的有限元模型计算分析复合材料层合板的损伤机理、破坏模式、裂纹扩展和极限强度,并通过试验手段验证了分析方法的可信度,为该型构件的设计与优化提供了依据,为无人机结构的安全性与可靠性提供了保障。     

基于累积损伤的三维复合材料层合板疲劳寿命研究

基于渐进疲劳损伤模型,建立复合材料层合板的三维疲劳寿命预测模型,模型以单向板单轴疲劳试验数据为基础,结合正则化剩余刚度模型、正则化剩余强度模型和等寿命曲线,通过层合板三维应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代进行疲劳寿命计算,在Ansys软件平台上利用APDL语言编写相应的计算程序,估算不同铺层参数层合板在单轴和多...     

复合材料层合板连接件应力分析

复合材料广泛应用于飞机结构中,各部件间的连接主要通过机械紧固件实现。紧固件连接时需要在复合材料上开孔,会导致孔附近的应力集中,同时会破坏纤维的连续性,这便削弱了复合材料结构的承载能力,直接影响飞行安全与使用寿命。基于有限元软件ANSYS,应用参数化设计语言APDL,考虑接触非线性影响,建立了单钉单剪连接件的三维模型,计算连接件的变形及应力分布,为后续复合材料连接件强度分析提供支撑。     

复合材料厚层合板力学性能等效方法研究

基于复合材料三维等效弹性常数理论,分别建立了厚复合材料悬臂梁和三点弯曲厚复合材料层合板的等效模型进行数值分析,并和逐层细分模型结果对比,研究了子层对等效模型位移计算误差的影响,分析了等效模型层间应力的计算精度。研究表明,对于子层厚度比0.2的厚复合材料层合板,采用等效模型进行数值分析,可以得到较高精度的位移-应力分析结果。以等效模型得到的层间应力作为设计约束时,厚复合材料层合板的设计是偏安全的。     

对边固支对边自由边界下复合材料层合板的解析解

在状态空间理论体系下,研究四边简支层合板壳精确解的文献比较多,而关于其它边界条件问题的文献却不是很多见。以边界位移函数方法为基础,推导了对边固支对边自由矩形层合板的非齐次状态方程,并给出了求解该方程时满足边界条件的控制方程。将非齐次状态方程增维齐次化后可避免积分时可能出现的数值病态问题。边界位移沿厚度方向非线性分布的假设可以适当减少数值结果收敛要求的薄层数。数值结果可作为其它数值方法或半解析法的标准解。     

复合材料层合板首末层失效强度的预测方法研究

建立复合材料的三维有限元模型,该模型能有效计算自由边界区的应力以及层间应力,与二维模型相比提高了求解精度;采用Tsai-Wu张量理论作为单元失效的判断依据,引入安全系数计算首层失效,然后使用增量法求解复合材料最终失效强度,使得求解速度加快的同时又不影响求解精度;使用正交实验方法研究不同刚度缩减系数( SCR)对首末层失效强度的影响,发现在进行渐进失效分析时,有限元模型是否合理应该根据首层失效强度与实验值进行比较,不能只考虑最终失效强度与实验值的差异.     

基于三维CDM的复合材料开口层合板失效分析

建立了复合材料层合板三维连续介质损伤力学模型,并将该模型应用于复合材料开口层合板的损伤破坏分析中。与相关试验中开口层合板强度和损伤破坏情况对比分析表明:本文模型能够有效地模拟开口层合板从初始损伤到完全破坏的全过程,具有较高的计算精度和良好的数值模拟收敛性。基于该模型,详细分析了在单向拉伸载荷作用下开口层合板不同铺层的损伤破坏情况。     

基于改进遗传算法的复合材料层合板自振频率优化设计

针对复合材料层合板设计的特点,应用改进的遗传算法研究了复合材料层合板 自振频率的优化设计问题。算例分析结果表明,本文方法具有较高的计算效率。     

基于改进模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化

针对复合材料层合板的屈曲优化问题,提出一种改进的直接搜索模拟退火算法来求解最大化临界屈曲载荷系数的铺层顺序设计问题。改进算法引入搜索范围动态调整的新点产生方式实现全局搜索和局部搜索的协调,提高了算法的计算稳定性和计算效率。以离散铺层角为设计变量,采用里兹法进行屈曲响应分析以考虑弯扭耦合影响,通过典型多极值屈曲优化问题分析比较了算法改进措施的有效性。不同角度增量、铺层数、长宽比和载荷比的层合板屈曲优化结果表明,改进算法能有效地进行层合板铺层顺序优化。     

含孔复合材料层合板的疲劳寿命研究

建立了三维有限元模型,分析了复合材料层合板的应力场。使用修正Hashin失效准则判定复合材料的失效模式,并突降失效单元的材料性能。疲劳载荷引起复合材料刚度降和强度降依靠缓降模型实现。笔者将突降模型和缓降模型植入有限元模型中,模拟了复合材料层合板在拉伸和压缩疲劳载荷下的渐进损伤过程,并计算了层合板的纵向刚度损伤和疲劳寿命。层合板的纵向刚度损伤具有三阶段特点,与试验观察是一致的。层合板疲劳寿命预测值与试验值吻合地很好。     

先进复合材料层合板损伤行为的实验研究

采用云纹干涉及显微图像分析方法,研究了热塑性复合材料Graphite/PEEK[0/±45/90]2s层合板的层间变形和损伤.用长距离显微镜图像技术测量了该层合板在不同拉伸载荷下试件侧边的细观位移场,同时用偏光显微镜CCD图像采集系统实现了层合板从小变形到大变形过程中,裂纹萌生、裂纹扩展至饱和状态、损伤演化全过程的跟踪测量与分析.     

基于通用生成函数的复合材料层合板可靠性分析

针对纤维增强复合材料层合板可靠性分析中存在的多变量、非正态、非线性功能函数和相关性等问题,采用通用生成函数法,基于Tsai-Hill强度理论构建各单层板的抗力生成函数,根据首层失效准则建立层合板可靠性分析模型。在生成函数复合运算中,通过同类项合并和K-means聚类技术缩减计算量,提高效率。该方法为复合材料层合板可靠性分析开辟了一条新途径。     

基于曲率模态的复合材料层合板分层损伤检测方法研究

基于振动信号应用曲率模态方法对复合材料层合板分层损伤进行损伤检测。首先由数值模拟所得不同状态下损伤以及未损伤层合板振动特性参数计算其振型曲率和均布载荷曲面值曲率;然后基于损伤与未损伤层合板曲率值的差分值建立损伤识别指标进行分层损伤检测。最后,为解决差分算法对结构未损伤模型参数的依赖性问题,引用曲面光滑算法和曲率模态变化率法直接对损伤结构进行损伤提取。结果表明,运用曲率参数差分法可以很好地识别各类损伤,且对于多层层合板来说损伤所处层的位置会影响损伤指标值的大小。曲面光滑算法和曲率模态变化率法均可不依赖于未损伤结构参数识别各类损伤,且曲面模态变化率法的检测效果优于曲面光滑算法。     

Hamilton体系下压电材料层合板特征值灵敏度分析

在Hamilton体系下,基于区间B(B-spline wavelet on the interval)-样条小波有限元法研究压电材料特征值的灵敏度分析问题,推导压电材料特征值响应灵敏度系数的控制方程.利用二分法求得压电材料层合板前4阶特征值对材料密度的灵敏度系数,并与有限差分法所得结果相比较,证明所提方法的可靠性.结...     

不同铺层方式的复合材料层合板弯曲性能的研究

以碳纤维缠绕电动节能车车架为研究对象,采用有限元分析和力学试验对比的方式研究碳纤维铺层角及铺层层数对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。以层合板铺层角度、铺层层数为变量设置试验对比组,在ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块中创建层合板的有限元模型研究层合板在承受弯曲载荷时的抗弯表现。结合弯曲试验结果,分析不同铺层方式对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。结果表明:在铺设一定数量的±45°铺层的基础上,增加0°/90°正交铺层可提高层合板的静承载强度;增加铺层层数,可提高层合板的弯曲强度。