碳纤维复合材料FJF胶接接头失效仿真研究

基于ABAQUS有限元分析软件对碳纤维复合材料板平-折-平(FJF)胶接接头进行强度仿真研究,采用基于连续介质损伤力学理论的渐进损伤分析方法分析复合材料损伤,采用内聚力模型模拟胶层的失效行为,对比FJF胶接接头与平板单搭接胶接接头强度和胶层应力的差异性,探究不同几何参数对接头强度和胶层应力的影响,并对造成接头强度差异的原因进行了分析。结果表明,FJF胶接接头的主要失效模式为胶层内聚破坏。相较于平板单搭接胶接接头,FJF胶接接头有较大的损伤容限。几何参数中水平搭接长度和偏心距的改变对FJF胶接接头强度和胶层应力影响较大,利用胶层剥离应力和剪切应力的对比能较为合理地分析接头强度差异的原因。     

单搭接接头温度场与热应力分布的研究

为了对胶接接头承受热载荷时的温度场和热应力分布进行数值模拟,利用有限元法对单搭接接头的被粘物外表而承受不同温度、速度气流时的温度分布情况进行了分析.在考虑接头变形为几何非线性的前提下,研究了约束方式、胶层厚度及搭接长度对接头热应力分布的不同影响.结果表明,峰值热应力出现在搭接区边缘;当约束方式使胶层发生较大转动时,胶层处于高应力水平;随胶层厚度的增加,热应力降低且在胶层中分布更趋于均匀;搭接长度对热应力的影响因接头所受约束方式的不同,呈现不同的规律.     

内聚力界面单元在胶接接头分层仿真中的应用

分层是胶接接头的主要破坏形式,而分层主要发生在胶层与被粘物的界面层上,因此,对胶接接头界面层的力学行为的分析是很有必要的.由于界面层厚度太小,用常规的有限元法或边界元法很难对其进行仿真,更加无法仿真胶接接头的分层损伤过程.针对上述情况,为提高接头结构承载力,采用零厚度的内聚力界面单元来仿真界面层,克服无法仿真界面层的困难,对胶接接头的分层损伤过程进行仿真,并与试验结果进行对比,验证方法的有效性.通过仿真分析结果与试验结果对比可知,仿真分析结果与试验结果吻合较好.因此,运用内聚界面单元仿真界面层方法是有效的,并为复杂胶接接头承载能力分析提供有力的依据.     

热力载荷作用下复合材料板-铝合金板接头 钉载分配与钉孔周边应力分布

采用试验和有限元方法研究复合材料板 铝合金板单搭接接头在热和力载荷共同作用下的钉载分配和钉孔周边应力分布。将仿真模型得到的钉载分配结果与试验结果进行对比发现：温度升高后,靠近加载端承载最大的螺栓载荷分配比例增大,相应位置钉孔周边应力水平也有较大幅度的增加。对比未考虑热残余应力模型发现：考虑热残余应力模型与试验结果最相近;同样温度时热残余应力的存在使应力水平提高10%左右,说明在热载荷作用下考虑热残余应力的必要性。复合材料与金属接头钉孔周边应力分布呈“枫叶”状。     

铝管接头力学特性研究

研究铝管接头力学特性优化问题,已有的研究是对胶接方式下铝管接头进行体单元仿真的替代方法,模型大,计算成本高,不美观.为了解决上述问题,提出一种近似的新连接方式来替代传统的体单元仿真方法,在满足力学特性的前提下,达到计算速度快、方便、美观、小型的目的.采用试验和有限元法相结合的方法,得到了与胶接方式力学性能相近的新连接方式,并验证了正确性,为接头优化设计提供了参考.     

摄像模组滤光片热应力分析和热固胶参数优化

为解决基于板上芯片(chip on board, COB)封装的手机摄像模组在85 ℃高温可靠性试验中出现滤光片开裂的问题,利用有限元法对塑料支架与滤光片之间的热固胶参数进行数值分析,包括胶层厚度、胶层宽度、胶水热膨胀系数、胶水弹性模量、胶瘤位置分布和胶瘤大小。结果表明：增大胶层厚度、增大胶层宽度、降低胶水弹性模量和减少胶瘤的大小可以减小滤光片在高温下的热应力。根据仿真试验结果优化热固胶参数和点胶工艺,从而解决滤光片开裂问题。     

复合材料与金属接头胶接建模精度研究

为了准确预测复合材料与金属接头胶接承受不同载荷的强度,对区域的胶层建模方法及建模精度进行了研究.提出建立了胶层的三种模型,即忽略胶层共节点方法、将胶层划分简化有限元模型以及精细有限元模型,并对以上模型施加相同载荷进行仿真.结果表明,忽略胶层的建模方法与基准模型误差达到9.7％,而有胶层的模型与基准模型的误差仅为0.6％;简化模型和精细模型与理论值在整体应力水平及整体应力分布上相差较小,精细模型与理论值的误差只有0.3％,简化模型与理论值的误差达到了1.3％.说明,对于有胶层结构来说,胶层不可忽略,若不关注胶层附近受力状态,在误差允许范围内,可将胶层建立为简化模型,否则应使用精细模型来仿真胶层.     

铝合金受压板件局部屈曲承载力设计方法

为考察现有铝合金设计规范预测非焊接受压板件承载力的准确性,采用壳单元建立单向受压四边简支板、方形截面管柱和十字形截面轴压柱有限元模型,使用ANSYS计算得到铝合金板件弹塑性屈曲临界应力和极限承载力。数值计算结果与理论分析结果对比发现：现有板件弹塑性屈曲应力理论能够给出铝合金板件屈曲临界应力的下限值,误差较小。中国规范非加劲板件有效厚度预测公式偏保守,因此给出修正的有效厚度预测公式。修正后的非加劲板件有效厚度公式可以提高板件利用率,增强经济性。     

中国微米纳米-胶层热传递对挠性摆式微加速度计温度滞环的影响

挠性微加速度计是惯导系统的核心组件,主要采用胶粘接装配,因此研究胶层热传递和蠕变效应共同作用对揭示温度滞环对加速度计性能稳定性影响具有重要意义.本文针对因手工涂胶导致的胶层厚度、溢出和倾斜等误差因素进行仿真,结果表明,第1周期的滞环值明显高于第二及以后周期的,应采用分步补偿.胶层溢出对滞环值的影响较大,溢出量为0.03 mm时,第1周期最大可达260μg.胶层厚度在设计许可范围内,随厚度增加呈减小趋势.胶层倾斜量达到胶层厚度一半时,第1周期最大滞环值达120μg.上述研究结果可为加速度计装配工艺优化提供数据支撑.     

基于有限元分析的堵板厚度设计

传统工艺中对压力容器汽缸中圆堵板的厚度设计采用经验公式,而为了保证产品的安全性能预留余量过大,造成了严重的材料浪费.针对此问题,采用ANSYS软件对常用碳素结构钢Q235-A铸成的不同直径的圆堵板进行不同承压情况下的有限元分析,以工程应用中的许用应力为标准,不断进行有限元计算,直到优化出在满足强度条件下以最小值承受一定压强的堵板厚度值.在将最佳厚度值与经验值进行对比分析的基础上,对经验公式进行修正,并应用到工程实际中,结果表明修正后的厚度在满足安全性的同时节省了30％的材料,因此采用该方法设计圆堵板厚度具有科学性和可行性.     

拓扑优化在铝合金发动机舱盖刚度计算中的应用

为快速得到钢制发动机舱盖的铝合金替代结构设计,引入拓扑优化设计方法进行结构模拟计算和设计。以钢制发动机舱盖内板结构为基础,以保证扭转刚度和降低质量比为优化条件,利用OptiStruct软件进行多次迭代优化,得到相应的铝合金舱盖内板基础结构,为后续的发动机舱盖钣金设计提供参考。     

One point quadrature shell elements for sheet metal forming analysis

Summary Numerical simulation of sheet metal forming processes is overviewed in this work. Accurate and efficient elements, material modelling and contact procedures are three major considerations for a reliable numerical analysis of plastic forming processes. Two new quadrilaterals with reduced integration scheme are introduced for shell analysis in order to improve computational efficiency without sacryfying accuracy: the first one is formulated for plane stress condition and the second designed to include through-thickness effects with the consideration of the normal stress along thickness direction. Barlat’s yield criterion, which was reported to be adequate to model anisotropy of aluminum alloy sheets, is used together with a multi-stage return mapping method to account for plastic anisotropy of the rolled sheet. A brief revision of contact algorithms is included, specially the computational aspects related to their numerical implementation within sheet metal forming context. Various examples are given to demonstrate the accuracy and robustness of the proposed formulations.     

碳化硅增强钛合金基复合材料热残余应力的有限元分析

为探寻热解碳层对涂碳SiC纤维增强Ti-15-3钛合金基复合材料（C-SiC/Ti-15-3）中热残余应力的影响,基于复合材料细观力学方法,建立在不同热解碳层厚度时C-SiC/Ti-15-3复合材料的有限元单胞模型,模拟复合材料中热残余应力的分布.研究发现,在SiC纤维表面增加碳涂层能明显降低复合材料中的热残余应力,SiC表面的热解碳层厚度对复合材料中的热残余应力有很大影响;随着热解碳层厚度的增加,最大von Mises等效应力和径向应力呈现先减小后增大的趋势.     

基于 h 型自适应有限元法在薄板冲压 成型中的应用

在对薄板冲压成型这一过程进行有限元仿真分析时,难以精确分析场变量发生剧烈变化的应力 集中及应变梯度大的区域,如何平衡精度和效率间的关系是冲压成型仿真的关键。因此,基于非线性有限元大 变形的相关理论,针对动态仿真的网格自适应关键技术,建立了自适应分析模式下的薄板冲压成型算法。为了 提高计算精度,提出基于单元应变能增量的能量误差准则以及基于板料成型几何特征的几何误差准则,并结合 2 类误差准则,建立了基于自适应分析算法的误差判断准则;为了提高计算效率,引入阻尼因子提出了阻尼子 循环算法,将自适应加密后的板料单元按时间步长划分为若干个区域,并按照不同时间步长分别求解。结果表 明,该算法有效提高了薄板冲压成型有限元仿真的精度与效率。     

Singularity formation in a model for the vortex sheet with surface tension

In a recent analytical study, the author has proved well-posedness of the vortex sheet with surface tension. This work included using a formulation of the problem introduced by Hou, Lowengrub, and Shelley for a numerical study of the same problem. The analytical study required identification of a term in the evolution equations which can be viewed as being responsible for the Kelvin–Helmholtz instability; this term is of lower order than the surface tension term. In the present work, the author introduces a simple model for the vortex sheet with surface tension which maintains the same dispersion relation and the same destabilizing force as in the vortex sheet with surface tension. For the model problem, it is found that finite-time singularities can form when the initial data is taken from a certain class. For the vortex sheet with surface tension, the only observed singularities thus far in numerical work have coincided with self-intersection of the fluid interface. There is no analogue of self-intersection in the model problem, and thus the singularities observed in the present work may well be related to a previously unobserved singularity for the full vortex sheet problem.     

纤维金属层板低速冲击仿真

采用Johnson-Cook模型模拟铝层的力学行为,选用Hashin三维准则对复合材料层内损伤进行判断,采用Camanho-Matthews折减方案进行刚度折减,同时采用粘接元描述复合层板层间失效,采用Abaqus/Explicit结合VUMAT建立玻璃纤维增强铝合金层板冲击有限元模型。结果表明：随着冲击能量的变大,测量点的位移逐渐变大,钢球反弹后的测量点最大塑性变形也逐渐增大;纤维金属层板的玻璃纤维先发生破坏,然后铝合金层出现裂纹;2种层板的抗低速冲击性能基本相同。研究结果可用于玻璃纤维铝合金层板抗冲击性能的对比分析。     

Numerical simulation on the effect of welding parameters on welding residual stresses in T92/S30432 dissimilar welded pipe

Dissimilar welded joints are commonly used in fossil power plants to connect martensitic steel components and austenitic stainless steel piping systems. The integrity for such welded structures is depended on residual stresses induced by manufacturing process. In this paper, the characteristics of residual stresses on the dissimilar welded pipe between T92 steel and S30432 steel were investigated using finite element method. Moreover, the effects of heat input, groove shape and layer number on the residual stress distribution were studied to find the approach to reduce the residual stress. The numerical results revealed that the hoop and axial stress in heat affected zone (HAZ) of T92 steel side of the dissimilar welded joint had sharp gradients. By decreasing the groove angle, the peak values of the hoop and axial stress on T92 steel side were reduced greatly while the peak values in welded metal and HAZ of S30432 steel side differed little. Furthermore, more layer number and less heat input decreased the peak value of the tensile residual stress on welded metal and S30432 steel side, but had little effect on the residual stress in T92 steel side.     

汽车钣金结构有限元分析的精度

通过非线性CAE分析软件Abaqus实现钣金结构的冲压和回弹过程,并将冲压结果映射到舱盖总成结构.考虑料厚减薄和残余应力对舱盖振动特性的影响,为提高分析精度提供参考.     

冲压成形残余效应对刚度分析的影响

针对冲压产生的板料厚度变化和残余应力等对有限元分析产生较大影响的问题,将冲压成形分析的网格节点厚度和塑性应变量等信息映射到车门总成刚度分析模型中,用MD Nastran分析车门刚度,并比较映射前、后车门刚度分析结果.结果表明在车门、内外板冲压成形残余效应影响下,车门总成刚度变化基本与料厚变化相吻合.