细观力学方法预测单向复合材料的宏观弹性模量

基于细观力学预测复合材料宏观弹性模量的两种方法,以单向复合材料为研究对象,从理论上推导了复合材料三维桥联模型公式,并利用CAE软件M sc.Patran/N astran建立了RVE模型,进行了有限元模拟计算。两种方法计算的结果与实验均有较好的一致性,表明两种方法都是能够较好计算单向复合材料的宏观弹性模量。     

用有限元法对CF/PPEK热塑性复合材料等效模量计算

碳纤维增强杂萘联苯聚醚酮(CF/PPEK)是一种新型高性能热塑性复合材料.根据复合材料细观结构周期性假设,隔离出复合材料的代表性体积元———RVE(representative volume element).基于能量等效的原理,通过对RVE施加简便的边界载荷和恰当的边界条件,运用细观力学有限元法,采用有限元软件Ansys计算了复合材料的等效弹性模量.理论计算及试验结果表明该方法能够较好地预测此种复合材料的宏观弹性性能.     

单向不连续CF／PEEK复合材料细观力学行为分析

采用有限元模拟技术，研究了单向不连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的细观弹塑性力学行为，分析了纤维端部的不连续性对复合材料中纤维与纤维、纤维与周围基体相互作用以及应力场变化的影响。在有限元计算中，引入了一个单胞模型和相关的边界条件。此外，利用体积平均法预测了在外载荷作用下单向不连续碳纤维增强复合材料的弹塑性应力-应变关系。     

复合材料有效性能的宏细观尺度效应

利用渐进级数并引用宏观和细观两个尺度阐述了复合材料的弹塑性性能与组分性能及细观结构的关系,用ANSYS有限元软件对玻璃纤维/环氧树脂和硼/铝复合材料的弹性或弹塑性有效性能进行了计算,并与实验结果进行了比较。     

单丝复合体系界面力学行为的表征

界面是纤维增强树脂基复合材料的重要细观结构,极大程度地影响着该材料的宏观性能以及破坏模式.单丝复合体系是界面力学性能表征的主要研究对象.从细观力学实验,细观力学模型以及数值模拟3个方面出发,全面地阐述了单丝复合体系界面力学行为表征的手段和方法.细观力学实验是建立细观力学模型以及发展数值模拟方法的基础,应充分利用三者的关系,建立完善的界面性能表征体系,以便更加准确的预报复合材料的力学性能,满足各个行业的要求.     

仿真计算中钢筋混凝土材料的等效模量

将复合材料细观力学的理论应用于钢筋混凝土结构仿真分析中,提出了钢筋混凝土材料有限元计算的新方法.在Y.H.Zhao和G.J.Weng[1,2]所建立的纤维增强复合材料的等效模量公式的基础上,经过适当的修正确定了钢筋混凝土材料的平均等效模量的简化公式 应用等效模量使有限元分析建模简单、精度高,特别适用于大体积和复杂结构的仿真分析 为钢筋混凝土这种被普遍认为难以进行高精度仿真的结构材料的分析计算开辟了新途径.     

钨基复合材料抗热震性能的宏细观力学分析

从材料设计的思想出发,采用宏观与微观、材料科学与力学相结合的方法,对钨基复合材料的热传导行为,材料在热冲击载荷下的内部热应力场及材料细观结构的破坏行为进行了详细的理论研究,根据钨基复合材料的细观组织结构建立了材料细观模型,在宏观分析的基础上,分析了材料微结构内部的破坏行为,分别取试件心部与边缘主应力值最大点的应力状态,施加在所建立的模型上,用有限元方法计算了模型内部的弹性应力场。结果表明：试件主应力最大值首先产生在试件内部,此时,如果材料发生破坏将先从夹杂中开始;加热一段时间后试件中的最大主应力值转移到试件边缘,此时材料发生破坏将先从基体中开始。     

碾压混凝土试件细观损伤断裂的强度与尺寸效应分析

为了实现碾压混凝土试件强度性能的仿真计算分析 ,在细观层次上将试件看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆、粗骨料、二者之间的粘结带及水泥砂浆中间层面形成的非均质复合材料 ,以随机骨料模型代表碾压混凝土的细观结构 ,应用非线性有限元法 ,模拟试件的细观损伤断裂 ,从而求得其宏观力学强度 ,据此可解释试件的尺寸效应 .计算结果表明 ,试件的单轴抗压强度及劈裂抗拉强度与试验结果较为吻合 ,试件的尺寸效应符合一般规律 ,该方法为碾压混凝土试件强度性能的数值模拟提供了一种新的技术途径 .     

基于微体积扰动的颗粒增强复合材料有效弹性性能的预测模型

基于对埋入无限大基体中的夹杂作微”膨胀”型体积扰动的假设,提出复合材料有效弹性模量的一种预测模型。以自洽理论为出发点,推导出基体和夹杂均为各向同性的颗粒增强复合材料有效弹性模量的细观力学解析计算公式。以颗粒增强金属基复合材料和纳米增强相复合材料为算例对有效弹性模量进行了预测,并与已有的实验及用传统的Mori—Tnanka法的预测结果进行比较,证明所提出的解析公式的合理性和工程实用性。     

单面缺口的韧性断裂参量及其应用

为了在细观力学的空穴扩张比参量的基础上建立压力容器中常见的表面凹抗、机械切口、等缺陷的安全评定方法,提出了采用缺口张开位移作为宏观的工程断裂参量。研究了含轴向缺口的模型容器,分析了单面缺口的变形特点,用大变形弹塑性有限元方法按韧带中达到材料的临界穴扩张比计算缺口张开位移,并与实测值作了比较。     

典型工艺实例评估的多目标群决策方法

准典型工艺实例定义为工艺数据挖掘出的候选工艺实例,准典型工艺实例经过评估才能被确定是否为典型工艺实例。为了对准典型工艺实例进行评估,文章提出多目标群决策方法。文中定义了典型工艺实例的评估准则;针对其中的潜在作用准则,确定生产成本、生产效率、加工工艺性和产品质量4个评估目标,建立了典型实例评估的多目标群决策数学模型,采用群决策协调权法对准典型工艺实例进行排序,最优的实例即为典型工艺实例;以典型工艺路线为例,验证了评估方法的正确性和有效性。     

基于PATRAN/NASTRAN的复合材料机翼蒙皮优化设计

基于有限元分析软件PATRAN/NA STRAN建立了适用于大型复合材料结构的优化系统。对层压板的优化分2级交替进行:第1级优化采用最大应变能准则调整各分层比例;第2级优化先用射线步调参,再从K uhn-Tucker条件和满应力准则出发推导出满足位移约束和强度约束的单元厚度迭代因子进行单元厚度优化。针对文中的优化方法,以复合材料机翼盒段蒙皮铺层优化为例进行了数值计算,通过优化计算验证了该方法有较高的效率,对工程设计具有一定的应用价值。     

液-固挤压复合材料有限元模拟中的关键技术问题处理

液态浸渗挤压是一种金属基复合材料成形新工艺。通过对模拟过程中关键技术问题的处理，首次利用刚塑性有限元法对其应力应变场进行了模拟，给出了液－固挤压过程的等效应变、应变率和应力的等值线图及网格变化图。实验结果与模拟结果的比较表明，本对关键技术问题的处理是正确的，从而为该工艺的生产应用奠定了理论基础。     

砌体RVE均质过程的有限元分析

均质化是以连续介质力学为基础的砌体结构数值分析中最重要的一步，形成可以等效砌体组成材料的砌体代表性体积单元（Representative Volume Element,简称RVE）又是均质化过程中的关键步骤，RVE是通过分别考虑砌块和砂浆的材料特性和相互作用建立起来的力学模型，本文采用有限元分析程序ANSYS对RVE进行模拟，分析了它在几种不同的加载条件下的应力应变关系，计算了它的等效弹性模量和泊松比，阐明了有限元法可以被用于砌体均质化过程。     

基于双展开平面映射法的板料成形多步快速模拟

初始解的确定是板料冲压成形有限元快速分析中的一个重要环节,初始解的好坏严重影响分析计算的速度以及求解的收敛性。文章在总结前人研究成果的基础上提出一种新的网格映射方法——"双展开平面映射法"快速获得中间构型初始解。在此基础上,将上述方法用于板料成形的多步快速模拟,试算表明所提方法正确、有效,为板料成形多步快速模拟中的中间构型准确建立奠定了重要基础。     

基于MDL比值的战场目标个数盲估计算法

由于基于MDL准则的信源数估计算法只适用于估计白噪声条件下非相关源的数目,为了适应战场的实际应用环境,提出了基于改进MDL准则的MDL比值信源数目估计算法,有效地解决了基于传统的MDL准则算法在有色噪声条件下信源数估计失效的问题。为了研究空间噪声相关性对所提算法的影响,建立和推导出了适用于圆阵的空间相关有色噪声模型。通过仿真实验和实测数据的验证试验,验证了所提出算法的有效性和可行性。     

飞机防滑刹车系统的变结构控制研究

对滑模变结构控制方法进行研究,将其应用于飞机防滑刹车系统的控制中。通过对飞机起降过程的分析,简化了系统的外部条件,建立了飞机刹车系统的非线性模型。结合滑模变结构控制的特点,设计出一种飞机刹车系统的变结构控制。仿真结果证明了所提出的滑模变结构控制方法的正确性和有效性。     

叶片精锻三维刚粘塑性有限元模拟系统的研究

叶片精锻是叶片锻造的发展趋势，但由于叶片形状复杂，所用材料难变形，实际生产中不得不进行反复试制，造成很大浪费。计算机技术的飞速发展，使得采用三维有限元数值模拟技术模拟叶片精锻过程成为可能。为此，在解决三维有限元模拟关键技术问题的基础上，自行开发了面向叶片精锻过程的三维刚粘塑性有限元模拟分析系统3D—PFS。系统的可靠性得到了以塑泥为模拟材料的物理模拟试验的验证。对不同类型叶片精锻过程的进一步模拟分析，结果表明：3D—PFS是模拟分析叶片精锻过程可靠的工具。该研究对提高叶片锻造工艺的研究水平及发展叶片精锻理论具有重要意义。     

搅拌摩擦焊准稳态温度场数值模拟

搅拌摩擦焊接过程中的准稳态温度场分布对最终接头的焊接质量有着十分重要的影响,文中在深入分析搅拌摩擦焊物理过程的基础上综合考虑了摩擦产热和塑性变形产热作为其热源,建立了相应的温度场数值模型,在此基础上运用COMSOL有限元软件对工业纯铝1100在转速750 r/min、焊接速度300 mm/s工艺参数下的准稳态温度场进行计算,并利用红外测温装置对计算结果进行验证,结果表明该模型可以较准确地描述搅拌摩擦焊准稳态的温度场分布。     

高空低雷诺数二维抗分离叶型研究

在高空、低速、低雷诺数下,进行具有较强抗分离能力的新叶型研究,探索叶型设计的新概念和新方法,并发展相应的低雷诺数压气机叶片二维设计技术是十分关键的。文中进行了低雷诺数条件下二维压气机叶栅流场计算与对比,在探索高空、低速、低雷诺数对压气机叶型性能影响的基础上,以发展适应低雷诺数流动,具有较强抗分离能力的新叶型为最终目标,进行叶型设计新理论和新方法的探索,为最终突破低雷诺数下叶型设计的关键技术提供了可行的途径,并为三维叶片优化造型打下了基础。