碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟

为预测复合材料结构的冲击吸能效果,用三维有限元法模拟金属圆柱体冲击碳纤维层合板的过程．层合板被简化为三维正交各向异性材料板;采用Abaqus提供的vumat等扩展编程接口,用FORTRAN编写程序表征材料的弹性、强度和累积失效,实现动态破坏过程仿真;计算结果与冲击试验结果具有可比性．Abaqus的显式分析方法结合编程接口可用于层合板的冲击吸能仿真,结果的准确性取决于用户建立的材料模型．对不同速度、质量和直径的金属圆柱体的冲击进行计算,结果表明在穿透情况下,随着圆柱体速度的增加,圆柱体的动能衰减增多,而系统动能的减少相对稳定,因此后者更适合于临界速度的计算．     

晶体材料不同切型弹性常数计算的程序设计

由于晶体材料不同切型的弹性常数计算十分复杂且缺少相关计算程序及网络平台,本文根据弹性常数坐标变换方法,利用Jaya语言中的Applet,建立了晶体材料在不同切型下其弹性常数计算的网络平台,并对石英晶体不同切型的弹性常数进行了计算和验证。计算结果表明本文得到的各晶体材料不同切型的弹性常数相当精确,计算过程简单。最后,建立了常用晶体材料的弹性常数数据库,这将为相关工程技术人员提供精确快捷的计算结果。     

非贯穿侵彻超高分子量聚乙烯纤维软体防弹衣数值模拟

为研究9 mm手枪弹非贯穿侵彻作用下超高分子量聚乙烯纤维(Ultra High Molecular WeightPolyethylene Fiber,UHMWPE)软体防弹衣的破坏形态,用含损伤的正交各向异性本构模型在LS-DYNA中建立该防弹衣的有限元模型.仿真结果表明:有限元模拟防弹衣的破坏形态与试验结果基本一致;UHMWPE复合材料具有优异的抗弹性能.该数值模拟方法能有效评估和预测复合材料抗弹性能和冲击形态.     

长玻纤增强热塑性复合材料车轮径向载荷下的强度仿真

为提高复合材料车轮仿真的准确性,采用高性能长玻纤增强热塑性复合材料作为车轮材料,探索在考虑材料各向异性的情况下联合使用Moldflow,Digimat和Abaqus对车轮强度进行仿真的方法,并针对具体车轮采用该方法按照国家标准进行径向载荷下的强度仿真与分析.研究结果表明：复合材料各向异性特性对车轮应力、应变的分布及最大值均有较大影响;在同一位置是否考虑材料各向异性影响得到的应力值最大相差达314%.该方法可提高长玻纤增强复合材料车轮强度仿真计算结果准确性,可为车轮的进一步轻量化提供参考.     

基于Cosserat理论的微观结构对非均质材料有效性能的影响分析

为更有效地研究具有周期性微观结构的非均质材料平面应变问题,用基于Cosserat理论的渐进均匀化方法得到微观结构对非均质材料有效性能的影响情况．计算结果表明,单胞内夹杂体的形状对有效杨氏弹性模量、有效泊松比、有效Cosserat弹性常数和有效材料特征长度有影响,并且随着夹杂体与单胞体积比的增大而影响明显．     

基于Python的复合材料船体梁极限强度分析

为在复合材料船体结构数值仿真分析中进行快速建模和分析,采用Python脚本语言和Abaqus前处理模块,开发出针对复合材料船体梁极限强度计算的通用模块.该模块考虑复合材料的各向异性、失效准则及铺层方式等因素.实例表明：所开发的程序界面友好、可操作性强,能有效提高复合材料船体梁极限分析的效率.     

C/SIC复合材料结构动态特性研究

针对C/SiC轻质复合材料结构,将三维编织C/SiC复合材料看作是组分材料的空间结构物,由有序的细观结构单胞叠合而成.采用细观结构单胞作为离散单元对三维编织复合材料结构进行宏观网格剖分,利用有限元方法研究复合材料悬臂板动态特性.计算结果与理论值符合较好.     

热层合结构横向应力分析的仿真

复合材料热层合结构已广泛应用于航天飞行器.横向应力对复合材料热层合结构的破坏失效具有重要影响.文中基于层合板的一阶剪切变形理论,利用后处理方法,编制设计了复合材料热层合结构横向应力分析计算软件.应用该计算软件对薄板结构厚度方向温度梯度、材料的性能、结构的厚度等参数对热结构的横向应力分布的影响进行了分析讨论.算例表明,剪切弹性参数对热结构的横向应力沿厚度方向的分布影响明显.该方法能用于相关热结构的分析设计.     

车用塑料件的模流与结构联合仿真分析

现存结构仿真软件的材料模型无法准确表达塑料及纤维复合材料零件各向异性的特性,为提高这类零件结构仿真的准确性,使用Moldex3D,Digimat和OptiStruct联合仿真的方法,针对汽车空调风门进行三点弯曲试验工况下的强度仿真与分析。按照实际成型工艺对空调风门进行模流分析,将模流分析得到的结果通过Digimat映射到结构有限元模型上,得到联合仿真模型,并将该模型的分析结果和未映射模型的分析结果同时与通过试验获得的真实应力值进行对比分析。研究结果表明：由成型工艺导致的材料各向异性对风门的应力分布和重点区域应力值均有较大影响;在熔接线附近,考虑玻纤取向的联合仿真模型得到的应力值与实际的应力值更接近,可以提高含玻纤材料零件仿真计算结果的准确性。     

边界对齐的平滑三维对称标架场

为了把广泛应用于网格四边形化和纹理合成的二维表面标架场拓展到三维,提出一种生成三维对称标架场的方法.不同于表面对称标架场(四对称方向场),二维标架场的对称性能用一个切平面的旋转角度来表示,而三维对称标架场的对称性却不能这样简单地表示.为了解决这个问题,利用球面函数来获得一个对称性表述,该表述对于绕任意一个轴的π/2旋转以及它们的复合是不变的.基于球面函数的表示可以获得一个有效的标架场光顺程度的度量,并以球面调和分析进行加速计算;基于一组边界约束,可以通过极小化这个度量函数来获得一个光顺的标架场,该标架场在表面上能很好地对齐法线.最后通过表面投影、流线追踪和奇异点来可视化这个标架场,并将这个光顺的标架场用于六面体网格生成,且讨论了它在生成高质量纯六面体网格方面的潜力,其与表面标架场在生成四边形网格方面的潜力是一致的.     

邮船大跨距板架参数化建模和动力学分析程序开发

针对豪华邮船大跨距板架静力学和动力学分析需要进行大量繁琐建模工作的问题,研究NAPA、MSC Patran/Nastran等多个软件协同运行的方法,借助Visual Studio开发流程化设计程序,并通过Isight优化软件验证程序的适用性。该程序可实现邮船多层大跨距板架设计的参数化建模和自动分析计算,从而快速获得多方案设计结果,提高设计和分析效率。     

基于Patran和MSC Nastran的压电智能桁架结构振动模态分析

用Patran和MSC Nastran分析压电智能桁架结构振动模态,验证基于有限元法建立的智能桁架结构机电耦合动力学模型的正确性和有效性.结果表明：采用Patran和MSC Nastran针对2种典型压电智能桁架结构开展振动模态分析的结果,与采用基于有限元法建立的数学模型计算得到的模态频率及实验测试模态频率近似相等,验证基于有限元法模型的正确性和有效性,为开展主动振动控制器的设计提供模型和技术支持.     

The displacement field associated with line forces in a cracked orthotropic body

An explicit result is presented for the two-dimensional Green function for an orthotropic body containing a crack along an orthotropic plane and with its tip in an orthotropic direction. A formal solution and a numerical program for its calculation are presented for a crack on a plane rotated about an orthotropic direction. The use of such Green functions to couple a finite element mesh to a surrounding elastic continuum, thereby shortening finite element calculations for composite bodies with macroscopic orthotropic symmetry, is discussed.     

门座起重机端梁和马腿结构多轴疲劳寿命分析

为分析门座起重机端梁和马腿金属结构开裂原因,针对S3274K12型32t门座起重机端梁马腿结构,根据实际承载情况,在MSCPatran／Nastran进行的弹塑性有限元分析的基础上,选用Fatemi—Socie模型和Wang—Brown模型作为多轴疲劳寿命分析模型,用MSC Fatigue进行结构多轴疲劳寿命计算,预测结构的疲劳寿命．计算结果与实际使用情况对比表明该方法能较好地应用于港机结构的疲劳寿命计算．     

LNG船液舱围护系统安装平台简化分析模型与优化

为实现LNG船液舱围护系统安装平台的最优化设计,分别用MSCPatran和MSC Nastran建立三维模型、进行静力分析;根据力学等效原理将三维模型简化为二维模型,进行变形和支座反力分析计算,依据三维模型的计算结果对二维模型进行修正,使简化的二维模型在不同工况下的变形和支座反力与三维模型的基本一致;最后进行二维模型的灵敏度分析,挑选出对结构质量影响较大的截面尺寸作为设计变量,以节点位移作为约束条件,以结构质量最小化为目标函数,对二雏模型进行结构优化,使结构质量最小．结果表明该方法使安装平台在满足位移约束要求的前提下极大地减轻结构质量,达到优化目的．     

基于PCL的一维形状记忆合金系统的开发与应用

智能材料的发展给结构设计带来新的方向,同时也给商用有限元软件的应用迎来新的挑战.由于MSC Nastran的局限性,尚不能很好地模拟一些智能材料.结合实际工程需要,利用Patran完善的前、后处理功能及二次开发语言,将一维形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)材料系统集成到Patran中,能方便地实现在Patran中定义其材料属性和对布置有SMA的驱动结构以及复合材料结构的快速建模分析,最后利用本文系统建立SMA复合梁以及SMA丝驱动的机翼后缘模型,并进行验证,证明此模块功能的正确性和有效性.     

Sample-based synthesis of two-scale structures with anisotropy

A vast majority of natural or synthetic materials are characterized by their anisotropic properties, such as stiffness. Such anisotropy is effected by the spatial distribution of the fine-scale structure and/or anisotropy of the constituent phases at a finer scale. In design, proper control of the anisotropy may greatly enhance the efficiency and performance of synthesized structures.We propose a sample-based two-scale structure synthesis approach that explicitly controls anisotropic effective material properties of the structure on the coarse scale by orienting sampled material neighborhoods at the fine scale. We first characterize the non-uniform orientations distribution of the sample structure by showing that the principal axes of an orthotropic material may be determined by the eigenvalue decomposition of its effective stiffness tensor. Such effective stiffness tensors can be efficiently estimated based on the two-point correlation functions of the fine-scale structures. Then we synthesize the two-scale structure by rotating fine-scale structures from the sample to follow a given target orientation field. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated through examples in both 2D and 3D.     

侧架A区拐角的有限元分析

基于MSC Patran和MSC Nastran,通过子模型和变坐标系的有限元分析技术,对Z8A型侧架A区弯角(子模型)进行分析,获得侧架A区弯角的载荷特征.