三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

某型无人机机翼复合材料大梁迭代设计方法与有限元强度验证

根据工字梁腹板及缘条受力特点,计算了某型无人机机翼大梁在均布升力作用下腹板和缘条的内力。基于经典层合板理论和最大应力强度准则,采用Matlab软件编程,运用迭代法设计了机翼工字形层合结构大梁的铺层结构。建立了复合材料层合结构大梁的有限元模型,基于最大应力强度准则对大梁结构进行有限元强度校核,给出了各层的安全裕度。分析结果表明,基于经典层合板理论的迭代设计方法能够在有限次迭代后设计出符合要求的复合材料层合结构翼梁,层合结构翼梁各铺层安全裕度均大于0.5,该工字梁结构强度符合设计要求。     

基于ANSYS ACP的复合材料潜水器结构设计

基于ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块研究了潜水器在起吊工况下的结构强度。采用Hill-Tsai强度理论和Tsai-Wu强度理论,对比了两种不同失效准则下的潜水器结构失效形式。对潜水器不同结构区域处碳纤维编织材料的铺层数量进行参数化设置,结合试验设计方法,用合理有效的计算样本得到了复合材料潜水器载体结构的最优设计方案。文中采用的复合材料结构有限元计算与试验设计相结合的方法,对于复合材料工程结构的直接优化具有一定的参考价值。     

玻璃纤维/树脂基复合材料性能参数的确定及影响因素研究

与传统金属材料不同,玻璃纤维/树脂基复合材料的结构性能参数离散度较大,直接选用结构测试的平均值作为计算参数的可靠度不高。因此,复合材料结构特性研究在设计中的应用越来越重要,设计时必须使用经统计处理后的强度性能。本文概述了复合材料A/B基准值的计算方法,比较了两种方法计算复合材料A/B基准值的精确度;分析了玻璃纤维/树脂基复合材料结构性能参数的影响因素。结果表明,随着样本容量的增大,复合材料A/B基准值的准确度越高,采用正态分布比采用Weibull分布更容易获得较高的B基准值。样本离散性越大,B基准值保持率越小。     

用遗传算法实现特殊泊松比的层合板设计

本文针对在复合材料层合板设计中泊松比的设计问题,用遗传算法对给定层数的层合板进行了泊松比的优化研究,使其满足特定的要求.通过计算看出,与传统优化方法不同,遗传算法不需要特定的初始条件就可以快速得到结果,表明了遗传算法在复合材料设计领域可以作为一种有效的设计手段,所完成的优化软件具有一定的工程应用价值.     

基于Optistruct的碳纤维复合材料包装箱结构优化设计

本文基于Optistruct结构优化技术,采用碳纤维复合材料进行了某特种包装箱的结构设计。结合包装箱结构设计的技术指标要求,提出了多阶段的优化设计方法。多阶段优化设计包括形貌优化、尺寸优化和铺层优化。在箱体的概念设计阶段,通过形貌优化获得了满足箱体刚度的加筋结构;针对基于铺层的碳纤维复合材料的可设计性能,在箱体的细节设计阶段,通过尺寸优化和铺层优化分别获得了复合材料各个铺层角度的最佳铺层厚度尺寸和复合材料箱体的最佳铺层方式。最终,通过有限元数值分析验算,结构设计的结果满足设计要求。     

注塑机工字型模板的设计研究

基于原型模板的拓扑优化结果和材料力学的抗弯截面模量原理,提出由工字梁交叉叠加而成的工字型模板是追求高刚性的最佳拓扑结构,并修正了经典文献中的挠度计算方法。工字型模板设计理念已在海天塑机的主流机型上得到应用,实现了节省材料、降低成本的经济效益。     

含孔CFRP方管的仿真模型及孔参数优化

建立了含孔碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称"CFRP")管件的仿真模型,并对孔参数进行了多目标优化。首先研究建立了含孔CFRP管件的自由网格、映射网格和混合网格三种网格模型,对其计算效率和计算精度进行了比较,发现混合网格模型较适合于含孔结构仿真。其次建立了目标函数与孔参数之间的响应面模型,分析了孔径、孔横向位置参数、孔高度位置参数对响应的影响,发现孔径影响最大。最后采用多目标优化方法对含孔CFRP管件的孔参数进行了优化,当孔直径、孔中心高度比和孔横向偏移比三个设计变量分别取为8.98 mm、0.8、0.43时性能最优,比吸能和峰值力比初始模型分别提高了69.5%和3.6%。文中研究的仿真模型及孔参数优化方法对开展含孔复合材料结构设计具有指导意义。     

复合材料输电杆塔设计方法讨论

本文介绍了一种复合材料输电杆塔的设计思路及方法,采用零阶优化算法计算出杆塔底径、锥度、厚度等最优尺寸参数,使杆塔既满足设计要求同时也是质量最轻。在有限元分析软件ANSYS中建立了110kV复合材料杆塔计算模型并通过杆塔真型实验验证了该计算模型的准确性,杆塔挠度计算值与实测值误差范围在0.04%~7.8%之间。     

复合材料气瓶的多轴疲劳寿命预测研究

采用等效应变法计算气瓶疲劳寿命的ASME压力容器规范,不能考虑多轴非比例加载效应,具有明显的不足。针对复合材料气瓶,采用修正的Brown-Miller算法研究其多轴低周疲劳寿命,并分析了自紧压力、金属内衬厚度和单层缠绕层厚度对复合材料气瓶疲劳寿命的影响,给出了提高复合材料气瓶疲劳寿命的方法。     

复合材料铺层角度对大展弦比机翼非线性气动弹性影响研究

为了减轻重量和提高升阻比,现代飞行器结构普遍采用大展弦比布局,并且轻质复合材料在飞行器结构中的使用占比也越来越高。为了研究复合材料铺层角度对大展弦比机翼纵向气动特性及非线性气动弹性的影响,首先以机翼结构的弹性变形为优化目标,以结构强度为约束条件,采用Screening方法对大展弦比复合材料机翼蒙皮的铺层角度进行优化,优化后机翼的刚度明显增强。然后基于松耦合的双向流固耦合数值计算方法,对大展弦比机翼非线性气动弹性及流场进行优化前后的数值模拟,分析了复合材料铺层角度对大展弦比机翼非线性气动弹性变形及纵向气动特性的影响。     

复合材料加筋壁板优化设计

对于复合材料加筋壁板稳定性优化问题,由于涉及多个设计变量:筋条数目、筋条间距、筋条高度、筋条的铺层参数、面板的铺层参数等,本文采用具有多参数级联编码方式的遗传算法时基于稳定性设计要求的加筋壁板进行了优化.对复合材料T型加筋壁板结构重量优化的算例,验证了本文所用方法的有效性.     

基于纤维随机分布模型的复合材料弹性常数预测

为了实现复合材料弹性常数的准确预测,本文研究了基于纤维随机分布细观力学模型的数值模拟计算方法。首先采用改进的随机扰动算法实现了对复合材料的纤维随机分布结构特征的表征,并在有限元软件中建立了纤维随机分布的复合材料代表性体积单元(RVE)模型。通过施加周期性边界条件、采用体积均匀化的计算方法,实现了两种典型复合材料的弹性常数的预测,并与传统的四边形规则分布模型预测结果、文献试验结果进行了对比验证。结果表明,采用纤维随机分布的细观力学模型可实现对复合材料弹性常数较为准确的预测。此外,计算结果表明,纤维分布的随机性对复合材料宏观弹性常数的离散度影响较小。     

复合材料热压罐固化设计的数值模拟

本文基于PAM-AUTOCLAVE软件平台,利用热压罐固化设计控制方程建立有限元分析模型,通过数值计算方法模拟热压罐内多物理场耦合情况,采用可视化研究方法直观地展示了罐内有效区域的流场和温度场分布。优化零件、工装在罐内的合理布局,提高零件的固化质量,是目前工艺设计的趋势,也是降低复合材料制造成本的重要途径。     

舰艇复合材料结构可靠性设计方法探究

可靠度是衡量结构物固有可靠性水平的重要指标之一,正确选取可靠性分析方法以及可靠度计算方法是开展舰艇用复合材料结构可靠性设计工作的基础和保障。舰艇用复合材料结构工作环境复杂,加之复合材料本身具有非均匀、各向异性等性质,力学性能比传统金属材料复杂得多,离散度也大,导致结构可靠性设计问题相对突出。对此,分析了舰艇用复合材料结构强度特性及其分布规律,提出基于应力-强度干涉模型进行舰用复合材料结构可靠性分析,采用B基准设计许用值的安全系数法开展可靠度计算的可靠性设计技术途径。二者联立,在求解问题能力及结果准确性等方面具有明显的可操作性和优越性,对开展舰艇用复合材料结构可靠性设计具有重要的参考意义。     

基于自适应粒子群优化算法的预测控制算法及其在加热炉支管平衡中的应用

多变量和输出受限系统的预测控制问题一般表现为一个不易直接求解的多变量且多约束的非线性动态规划问题.传统优化方法在解决此优化问题时,存在易收敛到非法解或局部极小、计算时间长以及对模型参数与初值依赖性强的缺点.提出了一种基于自适应粒子群优化的预测控制算法(APSO-DMC),采用自适应粒子群优化算法(APSO)作为模型预测控制的优化方法,在线实时求解最优控制律,从而有效地克服了传统优化方法的不足.将此算法应用于常减压装置加热炉支管温度平衡控制中,仿真试验结果显示了该方法的有效性.     

热边界条件对复合材料层合板固化过程的影响

为了降低热固性树脂基复合材料在热补仪加热固化过程中的峰值温度以及优化其温度场分布,提出了在复合材料层合板上表面分别采用定温、对流换热边界条件和在层合板上表面放置铝制模具三种基于热边界条件的优化方法。通过有限元方法计算了上述三种情况下层合板的温度场和固化度场,并和已有方法做了对比。计算结果表明:相较于已有方法,采用以上优化方法均可以降低层合板的峰值温度并改善其温度场分布;层合板上表面定温时,其峰值温度降低最多;上表面对流换热时,峰值温度降低最少;上表面放置铝制模具时,铝的增强导热性能可以使层合板在平行于模具平面内的温度梯度较为均匀。     

复合材料近零膨胀研究

本文研究了铺层对复合材料热膨胀性能的影响。针对3种优化典型铺层,通过理论计算、有限元分析及试验检测对比,得出复合材料的热膨胀系数及模量与复合材料铺层关系的综合设计方法。希望对复合材料的铺层设计指导。     

某电磁弹射无人机复合材料机翼结构优化设计与分析

无人机已经成为航空领域重要成员之一。在无人机初步设计阶段,为减轻其结构重量,采用复合材料设计。复合材料在比强度和比刚度以及抗振和加工制造等方面优于其他传统材料,在无人机结构中得到了广泛的应用。由于复合材料层合板在生产加工过程中具有可设计性,在复合材料中已经成为使用最多的一种结构形式。以某型号电磁弹射无人机机翼为研究对象,建立了复合材料机翼结构的有限元模型,将机翼的结构重量作为优化目标,以机翼翼尖挠度和复合材料失效因子为约束条件,应用工程优化软件对复合材料翼面结构进行自由尺寸优化,整个优化过程需同时满足机翼强度及刚度要求。最终自由尺寸优化结果表明,复合材料的铺层比例和厚度分布在优化后得到了重新设计,比较之前的结构方案,优化后的铺层设计能够有效降低机翼结构质量,实现减重的优化目标。     

基于刚柔耦合动力学仿真的起落架舱门优化

针对复合材料起落架舱门的优化设计问题,建立了一种基于刚柔耦合动力学仿真的复合材料结构优化方法。使用C-B部件模态综合法建立复合材料起落架舱门的刚柔耦合运动模型,仿真计算得到起落架舱门的动态响应,使用正交试验的方法选取训练样本,训练BP神经网络,得到复合材料舱门铺层厚度与运动响应之间的神经网络响应面,以舱门铺层厚度为优化变量,以舱门运动变形为约束,以舱门接头载荷最小和舱门重量最轻为目标,使用遗传算法对神经网络响应面进行优化。优化结果表明:提出的基于刚柔耦合动力学仿真的复合材料结构优化方法能够准确考虑起落架舱门运动过程中的结构变形和载荷,实现复合材料起落架舱门全运动行程内的最优设计。